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太阳能光伏并网逆变器的原理 06月9日 逆变器一 逆变器的概述 通常 把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流 把完成整流功能的电路称为整流电路 把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器 与之相对应 把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变 把完成逆变功能的电路称为逆变电路 把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器 在光伏并网系统中 并网逆变器是核心部分 目前并网型系统的研究主要集中于DC DC和DC AC两级能量变换的结构 DC DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点 DC AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位 同时获得单位功率因数 其中DC AC是系统的关键设计 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示 本系统采用两级式设计 前级为升压斩波器 后级为全桥式逆变器 前级用于最大功率追踪 后级实现对并网电流的控制 控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成 3 图1光伏并网系统结构图 4 逆变器的设计太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分 其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电 并送入电网 同时实现对中间电压的稳定 便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪 并且具有完善的并网保护功能 保证系统能够安全可靠地运行 图2是并网逆变器的原理图 5 图2逆变器原理框图 6 1 按逆变器输出交流电能的频率分 1 工频逆变器 工频逆变器的频率为 的逆变器 2 中频逆器 中频逆变器的频率一般为 到十几 3 高频逆变器 高频逆变器的频率一般为十几K 到 2 按逆变器输出的相数分可分为 1 单相逆变器 2 三相逆变器 3 多相逆变器 7 按照逆变器输出电能的去向分可分为 1 有源逆变器 2 无源逆变器 按逆变器主电路的形式分可分为 1 单端式逆变器 2 推挽式逆变器 3 半桥式逆变器 4 全桥式逆变器 8 按逆变器主开关器件的类型分可分为 1 晶闸管逆变器 2 晶体管逆变器 3 场效应逆变器 4 绝缘栅双极晶体管 IGBT 逆变器 按直流电源分可分为 1 电压源型逆变器 VSI 2 电流源型逆变器 CSI 按逆变器控制方式分可分为 1 调频式 PFM 逆变器 2 调脉宽式 PWM 逆变器 9 按逆变器控制方式分可分为 1 调频式 PFM 逆变器 2 调脉宽式 PWM 逆变器 按逆变器开关电路工作方式分可分为 1 谐振式逆变器 2 定频硬开关式逆变器 3 定频软开关式逆变器 2 并网光伏系统逆变器 10 并网发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统 通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电 经过逆变器逆变后转换后向电网输出与电网电压同频 同相的正弦交流电流 11 光伏逆变器的工作原理 逆变装置的核心 是逆变开关电路 简称为逆变电路 该电路通过电力电子开关的导通与关断 来完成逆变的功能 12 二 几种逆变技术分析1 低频环节逆变技术此技术可以分为 方波逆变 阶梯合成逆变 脉宽调制逆变三种 但这三种逆变器的共同点都是用来实现电器隔离和调整变压比的变压器工作频率等于输出电压频率 所以称为低频环节逆变器 该电路结构由工频或高频逆变器 工频变压器以及输入 输出滤波器构成 如图1所示 具有电路结构简洁 单级功率变换 变换效率高等优点 但同时也有变压器体积和重量大 音频噪音大等缺点 13 14 2 高频环节逆变技术高频环节逆变电路如图2所示 就是利用高频变压器替代低频变压器进行能量传输 并实现变流装置的一 二次侧电源之间的电器隔离 从而减小了变压器的体积和重量 降低了音频噪音 此外逆变器还具有变换效率高 输出电压纹波小等优点 此类技术中也有不用变压器隔离的 在逆变器前面直接用一级高频升压环节 这级高频环节可以提高逆变侧的直流电压 使得逆变器输出与电网电压相当 但是这样方式没有实现输入输出的隔离 比较危险 相比这两种技术来讲 高频环节的逆变器比低频逆变器技术难度高 造价高 拓扑结构复杂 15 16 3 单相逆变电路拓扑的介绍 实现逆变有很多种典型的电路拓扑 主要有推挽逆变拓扑 半桥逆变拓扑 全桥逆变拓扑三种 下文将对这三种拓扑进行介绍 推挽逆变拓扑 图3所示的推挽电路只用两个开关元器件 比全桥电路少用了一半的开关器件 可以提高能量利用率 另外驱动电路具有公共地 驱动简单 适用原边电压比较低的场合 但由于本身电路的结构特点 推挽电路拓扑无法输出正弦电压波形 只能输出方波电压波形 适用于1KW以下的方波电压方案 17 18 三 保护措施 一款性能优良的逆变器 还应具备完备的保护功能或措施 以应对在实际使用过程中出现的各种异常情况 使逆变器本身及系统其他部件免受损伤 1 输入欠压保户 当输入端电压低于额定电压的85 时 逆变器应有保护和显示 2 输入过压保户 当输入端电压高于额定电压的130 时 逆变器应有保护和显示 3 过电流保护 逆变器的过电流保护 应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作 使其免受浪涌电流的损伤 当工作电流超过额定的150 时 逆变器应能自动保护 19 4 输出短路保户 逆变器短路保护动作时间应不超过0 5s 5 输入反接保护 当输入端正 负极接反时 逆变器应有防护功能和显示 6 防雷保护 逆变器应有防雷保护 7 过温保护等 另外 对无电压稳定措施的逆变器 逆变器还应有输出过电压防护措施 以使负载免受过电压的损害 20 四 光伏逆变器的安装注意事项及维护 逆变器安装维修的注意事项 1 在安装前首先应该检查逆变器是否在运输过程中有无损坏 2 在选择安装场地时 应该保证周围内没有任何其他电力电子设备的干扰 3 在进行电气连接之前 务必采用不透光材料将光伏电池板覆盖或断开直流侧断路器 暴露于阳光 光伏阵列将会产生危险电压 4 所有安装操作必须且仅由专业技术人员完成 5 光伏系统发电系统中所使用线缆必须连接牢固 良好绝缘以及规格合适 21 6 所有的电气安装必须满足当地以及国家电气标准 7 仅当得到当地电力部门许可后并由专业技术人员完成所有电气连接后才可将逆变器并网 8 在进行任何维修工作前 应首先断开逆变器与电网的电气连接 然后断开直流侧电气连接 9 等待至少5分钟直到内部元件放电完毕方可进行维修工作 10 任何影响逆变器安全性能的故障必须立即排除方可再次开启逆变器 22 11 避免不必要的电路板接触 12 遵守静电防护规范 佩戴防静电手环 13 注意并遵守产品上的警告标识 14 操作前初步目视检查设备有无损坏或其它危险状态 15 注意逆变器热表面 例如功率半导体的散热器等 在逆变器断电后一段时间内 仍保持较高温度 23 五 逆变器安装位置的要求 1 勿将逆变器安装在阳光直射处 否则可能会导致额外的逆变器内部温度 逆变器为保护内部元件将降额运行 甚至温度过高引发逆变器温度故障 2 选择安装场地应足够坚固能长时间支撑逆变器的重量 3 所选择安装场地环境温度为 25 C 50 C 安装环境清洁 4 所选择安装场地环境湿度不超过95 且无凝露5 逆变器前方应留有足够间隙使得易于观察数据以及维修 24 6 尽量安装在远离居民生活的地方 其运行过程中会产生一些噪声 7 安装地方确保不会晃动 8 2监控操作 8 2 1查询系统运行信息您可以通过LCD液晶屏 查询SUN8000系统运行的相关信息 包括输入数据 输出数据 机柜数据 实时曲线 ISO曲线 发电量 操作日志 操作步骤步骤1在主界面 点击 运行 进入 运行 界面 步骤2在 运行 界面 点击 输入数据 切换查询各个功率柜的输入电压 输入电流及输入功率 步骤3在 运行 界面 点击 输出数据 查看输出的各路线电压 各相线电流 有功功率 无功功率 功率因数及电网频率 步骤4在 运行 界面 点击 机柜数据 切换查看各个功率柜和控制柜的相关数据 步骤5在 运行 界面 点击 实时曲线 切换查看各个功率柜和控制柜图形化统计数据 功率柜实时曲线包括 输入电压曲线和输出功率曲线 控制柜实时曲线为 输出功率曲线 步骤6在 运行 界面 点击 ISO曲线 查看运行状态时各功率柜的ISO 绝缘阻抗 曲线 步骤7在 运行 界面 点击 发电量 查看发电量数据 步骤8在 运行 界面 点击 操作日志 查看系统操作日志数据 8 2 2查询告警记录 操作步骤步骤1在主界面 点击 告警 进入 告警 界面步骤2在 告警 界面 点击 当前告警 步骤3在 告警 界面 点击 历史告警 8 2 3设置系统参数 操作步骤步骤1在主界面 点击 设置 进入用户及密码设置界面 步骤2在 用户名 下拉框中选择 高级用户 并在 密码 区域框中输入正确的密码 步骤3点击 然后点击 系统参数 进入 系统参数 界面 步骤4在 系统组成方式 下拉框中选择一种系统组成方式 选择 全独立 前需要将两功率柜之间的并机铜排拆除 全并联方式指的是 2个功率柜的PV输入在逆变器内部短接 系统运行时使用1路MPPT控制 可实现模块智能休眠 适合2个功率柜的电池板配置完全一致 周边无遮挡的电站 全独立方式指的是 2个功率柜的PV输入在逆变器内部独立 此时逆变器具有2路MPPT控制 在这种方式下 可实现2路PV的独立控制 请确保此时2路PV没有在逆变器外部相连 适合2个功率柜的电池板因为外部条件原因导致电池板朝向 遮挡或者配置有差异的电站 步骤5在 功率柜数量 下拉框中选择一个数值 允许选择的功率柜数量为 1 5 SUN8000 500KTL具有2个功率柜 每个功率柜额定功率为250kW 因此该参数设置为 2 如果该参数设置为 1 则只会有一个功率柜在发电 所以请正确选择该参数 步骤6在 功率柜容量 下拉框中选择一个数值 允许选择的功率柜容量为 250kVA 和 125kVA 8 2 4设置保护参数 操作步骤步骤1在主界面 点击 设置 进入用户及密码设置界面步骤2设置正确的 用户名 和 密码 步骤3点击 保护参数 进入 保护参数 界面 步骤4设置 绝缘阻抗保护点 开机软启动时间 电网短时中断判断时间 及 快速启动梯度 绝缘阻抗保护点 参数 设置范围为 0 033 1M 用于设定绝缘阻抗ISO保护值的大小 逆变器开机前进行绝缘阻抗检测 若检测到低于预设值 逆变器不开机 并维持检测 直到满足开机要求再开机 开机软启动时间 参数 设置范围为 20s 800s 用于设定SUN8000的开机启动时间 即改变逆变器开机功率上升的梯度 步骤5分别设置不同保护参数的 保护点 和 保护时间 允许设置的保护参数包括 电网过压一级保护 电网过压二级保护 电网欠压一级保护 电网欠压二级保护 电网过频一级保护 电网过频二级保护 电网欠频一级保护 电网欠频二级保护 一般情况下 电网保护的阈值和时间由具体国家的标准决定 所以选择不同的电网标准码 需要设置的保护参数有所不同 8 2 5设置特性参数 操作步骤步骤1在主界面 点击 设置 进入用户及密码设置界面 步骤2设置正确的 用户名 和 密码 步骤3点击 特性参数 进入 特性参数 界面 步骤4设置 低电压穿越使能设置 孤岛检测使能设置 及 夜间无功使能设置 低电压穿越使能设置 参数 用于开启或禁止低电压穿越功能 孤岛检测使能设置 参数 用于开启或禁止孤岛检测功能 若 低电压穿越 和 孤岛检测 同时开启 仅 低电压穿越 开启生效 孤岛检测 孤岛保护是专门针对接入市电而言 当市电发生故障 由并网逆变器检测并判断孤岛 停止向市电输送电能 这样做的主要目的是 1保障市电检修人员的人身安全2避免电网恢复供电时相位不同步 步骤5设置 电压不平衡保护点 电压不平衡保护点 参数 用于设置电网电压不平衡度的保护阈值 当不平衡度超过该阈值时SUN8000会关机并上报告警 系统提供电网电压10分钟平均值监控的方法 当检测到的电网电压平均值超过设定保护点长达设定的保护时间时 SUN8000会关机并上报告警 8 2 6LVRT曲线 LVRT是光伏并网逆变器的并网要求 即逆变器在电网电压短时跌落 一般3s以内 时 逆变器能够不脱离电网运行 并且提供电网电压恢复所需要的无功功率 各个国家逆变器标准对LVRT的要求不同 LVRT曲线上规定了电压低落点对应的穿越时间长短 超过该时间后 逆变器必须触发保护动作 由于不同国家的曲线不相同 且标准也可能发生变化 为了支持该特性 SUN8000提供了设置LVRT曲线的功能 8 2 7启动USB向导 您可以通过LCD液晶屏 启动USB向导功能 实现通过U盘进行配置导入 配置导出 数据导出 固件升级及一键式导出的功能 操作步骤步骤1将U盘插入LCD屏侧面的USB口中 插入U盘后 主界面会出现USB插入标识 步骤2在主界面 点击 维护 进入用户及密码设置界面 步骤3设置正确的 用户名 和 密码 步骤4点击 USB扩展 进入 USB扩展 界面 步骤5点击 配置导入 执行配置数据导入操作步骤6点击 配置导出 执行配置数据导出操作 步骤7点击 数据导出 执行活动告警 历史告警 发电量数据 异常接管日志 调试日志 操作日志等数据的导出操作 步骤8点击 固件升级 执行固件升级操作 步骤9点击 一键式导出 执行所有数据 包括DSP日志 一键式导出操作 9 技术数据 9 1效率 输入 输出 在电力领域 各次谐波的方均根值与基波方均根值的比例称为该次谐波的谐波含量 所有谐波的方均根值的方和根与基波方均根值的比例称为总谐波失真 通常说的谐波失真等同于总谐波失真 如220v则总电压畸变率5 以内合格 10kV就4 了 10 注意事项 10 1系统正常运行时禁止打开逆变器机柜柜门 否则将会造成逆变器关机 10 2逆变器正常运行时 严禁直接断开AC DC开关 以免损坏开关甚至逆变器 10 3工作温度 25 5510 4逆变站停止运行后 请等待至少10分钟 然后使用万用表测试输入 输出端电压 确保电压均降到安全电压范围内 才可以打开柜门对其进行维护或检修 10 5发生故障请第一时间导出日志 10 6配置参数 系统组成方式 是否与逆变器实际连接一致10 7逆变器的时间修改在显示屏上修改无效 只能通过采集器修改 因为数据采集器要对两台逆变器进行数据采集 要绝对保持两台逆变器的时间一致 因此 虽然逆变器本身有修改时间的功能 但修改后无效 10 8逆变器运行时严禁直接断开DC AC开关 10 9在告警ID中有代码0 1 20代表控制柜 1代表一号功率柜2代表二号功率柜 11 总结 11 1逆变器并网条件 交流侧有交流电压 我厂交流侧额定电压为315V 并且交流电压要在保护范围值内 直流电压超过475V 指额定电压 不是开路电压 11 2逆变器并网前首先要进行绝缘检测 平时并网的时候可能这是一个不起眼的环节 但是这一环节至关重要 是对设备和人身的一个重要保证 平时我们在干电气行业 电气设备都要定期对设备进行绝缘检测试验 而逆变器每次并网前都要进行自动绝缘检测 绝缘合格是并网的必要条件 这是逆变器比较智能的一个体现 11 3自动跟踪交流侧的电压和频率 光伏和火电的一个重要区别就是 火电并网条件很多 电压 相位 相序 准同期并列 调频 调机组出力等等 而光伏的这些我们都不要考虑 都在逆变器内部完成 无需我们考虑 都靠逆变器mppt自动检测电网电压 频率 然后将直流通过整流 滤波 得到纯净的交流电 11 4逆变器的全并联 本站的华为逆变器单个逆变器额定容量是500KW 由两个功率柜组成 每个功率柜容量为250KW 而每个功率柜又由两个125KW功率单元组成 全并联是指四个125的功率单元并联 达到逆变器的合理利用 比如早晨的功率比较低 只有几十KW 这个时候不会两台功率柜同时工作 而只有一台工作 并且是一台功率柜的一个功率单元工作 其他功率单元都在休眠状态 随着功率的增加 最后两台功率柜都进入运行状态 这种全并联实现的功率模块休眠也体现逆变器的智能化 11 5告警事例 1 现象 柜门打开 造成事故报警 告警ID 406 1报警灯亮 并网灯灭 逆变器下网处理 1 查找告警ID 2 关上柜门 复归报警 3 等待逆变器并网 观察3 5分钟 告