光伏并网逆变器原理

合肥阳光电源有限公司研发中心李维华2009 07 13 第二讲 光伏并网逆变器原理 一 常见光伏并网逆变器的拓扑结构二 光伏并网逆变器相关技术要点2 1效率2 2直流输入电压适应范围2 3可靠性 保护配置方式和种类 2 4并网电流谐波2 5逆变控制策略2 6最大功率点跟踪方式2 7锁相技术特点2 8孤岛效应检测技术2 9监控软件和附件三 阳光电源相关产品介绍四 相关业绩 报告内容 光伏并网发电系统由光伏组件 光伏并网逆变器 计量装置及配电系统组成 太阳电池产生直流电能 通过光伏并网逆变器直接将电能转化为与电网同频 同相的正弦波电流 馈入电网 一常见光伏并网逆变器的拓朴结构 直接逆变系统 工频隔离系统 一常见光伏并网逆变器的拓朴结构 高频隔离系统 多DC DC MPPT 单逆变系统 高频升压不隔离系统 一常见光伏并网逆变器的拓朴结构 1 1直接逆变系统 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 直接逆变系统的优缺点 优点 省去了笨重的工频变压器 高效率 97 重量轻 结构简单 成本低 缺点 1 太阳电池板与电网没有电气隔离 太阳电池板两极有电网电压 对人身安全不利 2 直流侧太阳电池MPPT电压需要大于350V 这对于太阳电池组件乃至整个系统的绝缘有较高要求 容易出现漏电现象 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 1 2工频隔离系统 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 优点 使用工频变压器进行电压变换和电气隔离 具有以下优点 结构简单 可靠性高 抗冲击性能好 安全性能良好 直流侧MPPT电压等级一般在200V 800V 缺点 1 系统效率相对较低 2 笨重 工频隔离系统的优缺点 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 1 3高频隔离系统 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 优点 同时具有电气隔离和重量轻的优点 系统效率在93 左右 缺点 1 由于隔离DC AC DC的功率等级一般较小 所以这种拓朴结构集中在5KW以下 2 高频DC AC DC的工作频率较高 一般为几十KHz 或更高 系统的EMC比较难设计 3 系统的抗冲击性能差 高频隔离系统的优缺点 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 1 4高频升压不隔离系统 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 优点 和第一种拓朴结构类似 由于省去了笨重的工频变压器 所以可以带来以下优点 高效率 重量轻 同时加入了BOOST电路用于DC DC直流输入电压的提升 所以太阳电池阵列的直流输入电压范围可以很宽 150V 450V 这种拓扑结构越来越成为市场的主流 缺点 1 同样 太阳电池板与电网没有电气隔离 太阳电池板两极有电网电压 2 使用了高频DC DC EMC难度加大 高频升压不隔离系统的优缺点 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 优点 同高频不隔离系统由于具有多个DC DC电路 适合多个不同倾斜面阵列接入 即阵列1 n可以具有不同的MPPT电压 十分适合应用于光伏建筑 N一般为2或3 缺点 同高频不隔离系统 1 5多DC DC MPPT 单逆变系统 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 采用工频变压器隔离的大功率三相并网逆变器系统10 500KW 1 6三相并网逆变器采用工频变压器的技术方案 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 2005年全球1818MW光伏组件其中并网逆变器市场为60亿人民币 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 1 7 产业情况全球生产逆变器的著名厂商大约有20家 德国SMA 荷兰Mastervolt 奥地利Fronius 德国conergy 德国KACO 日本Sharp 加拿大Xantrex 瑞士Asp 西班牙Ingeteam其它如京瓷 三菱 Satcon Solarmax delta Sunways 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 典型产品介绍 3KW 6KW KACO 直接逆变 SMA 工频隔离 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 Mastervolt 高频隔离 SHARP Boost升压 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 西门子750KW 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 Satcon公司500KW Xantrex500KW 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 SMA1000KW 1常见光伏并网逆变器的拓朴结构 光伏并网逆变器中常用的效率概念 最大效率 max 逆变器所能达到的最大效率欧洲效率 euro 按照在不同功率点效率根据加权公式计算加州效率 cec 按照不同功率 不同直流电压点效率计算MPPT效率 mppt 反应逆变器最大功率点跟踪的精度整机效率 tot 在某个直流电压下 euro和 mppt乘积 2 1转换效率 二 光伏并网逆变器相关技术要点 SG100K3的效率 最大效率 max 96 27 欧洲效率 euro 95 38 SG5K的效率 最大效率 max 94 7 欧洲效率 euro 94 2 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 1转换效率 2 2直流输入电压范围 二 光伏并网逆变器相关技术要点 具体设计系统串联数时综合考虑以下几个因素 温度的影响 需要保证在夏天和冬天的MPPT范围效率的影响 尽量考虑逆变器的最优效率工作点导线的损耗 电压越高 损耗越少 概念 MPPT工作电压范围 逆变器MPPT的搜索范围直流电压范围 系统能够工作的最低电压至最高电压最高系统开路电压 系统能承受的最高直流电压 举例如下 SG100K3 450V 880VDC 一般推荐阵列开路电压配置为700V左右 44V开路电压为16串 SG5K 220V 780VDC 一般推荐阵列开路电压配置为530V左右 44V开路电压为12串 2 2直流输入电压范围 二 光伏并网逆变器相关技术要点 保护类型 电网电压过欠压电网电压过欠频交流短路保护孤岛效应保护逆变器过热保护直流极性反接保护逆变器过载保护逆变器对地漏电保护 2 3可靠性 保护配置方式和种类 二 光伏并网逆变器相关技术要点 SG100K3 3 在额定负载时SG5K 4 在额定负载时 2 4输出正弦波失真度 电网对于并网发电系统的谐波要求很高 按照目前光伏并网逆变器的相关国际标准要求 一般在额定功率时 要求并网电流谐波 5 二 光伏并网逆变器相关技术要点 光伏并网逆变器控制系统结构框图 MPPT环最大功率跟踪直流电压外环直流电压稳压交流电流内环快速跟踪电流限流控制交流电压前馈实现无差拍电流控制 2 5逆变控制策略 二 光伏并网逆变器相关技术要点 1 核心控制思想是通过对直流电压的扰动 判断直流功率的变化 从而搜索到最大功率点 2 6最大功率点跟踪 MPPT 2 具体的方法 采用精度高于0 1 的电能专用采样芯片 二 光伏并网逆变器相关技术要点 使用电压比较器和施密特触发器进行整形 得到和电网电压完全同频同相的方波 2 7锁相技术特点 使用DSP芯片的CAPTURE口进行捕获 软件中检测到电网频率和相位 调整并网电流的频率和相位 从而使得并网电流和电网电压同频 相位差180 二 光伏并网逆变器相关技术要点 被动检测 电网电压的幅值 频率和相位 当电网失电时 会在电网电压的幅值 频率和相位参数上 产生跳变信号 通过检测跳变信号来判断电网是否失电 2 8孤岛效应检测技术 主动式检测方法 指对电网参数产生小干扰信号 通过检测反馈信号来判断电网是否失电 其中一种方法就是通过在并网电流中注入很小的失真电流 通过测量逆变器输出的电流的相位和频率 采用正反馈的方案 加大注入量 从而在电网失电时 能够很快地检测出异常值 逆变器中同时具有两种软件解决方案 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 9监控软件和附件 二 光伏并网逆变器相关技术要点 工业级监控主机 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 9监控软件和附件 通讯协议采用MODBUS协议 提供基于Windows2000和xp的多机版监控软件 可提供包括逆变器在内的整个光伏发电系统的 三遥 方案 中英文界面 操作直观友好 自动翻屏功能 具有良好地展示效果 可监控其他站控层设备 实现整个电站的远程监控 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 9监控软件和附件 远程通讯手段灵活 功能强大GPRSEthernet以太网SMS短信报警E mail数据采集和报警Excel电子表格报表可免费提供通讯协议 协助客户二次开发 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 9监控软件和附件 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 9监控软件和附件 光伏阵列防雷汇流箱 4 12路 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 9监控软件和附件 光伏阵列防雷汇流箱 二 二 光伏并网逆变器相关技术要点 2 9监控软件和附件 单相 SG1K5TL SG2K5TL SG3K SG5K SG6K 三 相关产品介绍 三相 SG10K3 SG30K3 SG50K3 SG100K3 SG250K3 SG500KTL SG1000KHV 所有产品具有CE认证 其中 SG100K3通过TUV认证 SG30K3 SG50K3 SG100K3 SG250K3 SG500KTL通过意大利DK5940认证 高频升压不隔离拓扑结构 三 相关产品介绍 SG1K5TL SG2K5TL光伏并网逆变器 SG3K光伏并网逆变器 三 相关产品介绍 工频隔离拓扑结构 SG5K 6K C光伏并网逆变器 三 相关产品介绍 工频隔离拓扑结构 室内型 SG5K 6K B光伏并网逆变器 三 相关产品介绍 工频隔离拓扑结构 室外型 SG10K3 三 相关产品介绍 工频隔离拓扑结构 SG30K3 SG50K3 三 相关产品介绍 工频隔离拓扑结构 SG100K3光伏并网逆变器 三 相关产品介绍 工频隔离拓扑结构 SG250K3 三 相关产品介绍 工频隔离拓扑结构 SG500KTL大型光伏并网逆变器 三 相关产品介绍 直接逆变 无变压器隔离拓扑结构 工频隔离拓扑结构 SG500K3 三 相关产品介绍 三 相关产品介绍 SG1000KHV 1MW整体解决方案 三 相关产品介绍 SG1000KHV的布局 SG1000KHV主电路框图 三 相关产品介绍 四 光伏并网逆变器业绩 公司业绩 奥运鸟巢并网100KW发电项目 西班牙5MW 3MW并网发电项目 5MW项目使用50台SG100K33MW项目使用120台SG10K3 SG50K3 上海申能1 2MW并网发电系统 无锡尚德300KW并网发电系统 上海崇明岛60KW并网发电系统 上海首台光伏并网发电系统 奉贤电力局10KW 上海电力学院5KW 深圳新天厂房100KW 上海太阳能厂房100KW 国家发改委新楼100KW 安徽省委半岛新村3KW光伏并网示范电站 零能耗住宅在上海 阳光楼顶35KW并网发电系统 阳光产业基地500KW并网系统 上海科学会堂10KW光伏并网 项目描述 上海科学会堂10KW光伏并网 采用光伏并网逆变电源SG5K两台 廊坊航天人才中心120KW并网系统 项目描述 廊坊航天人才中心120KW光伏并网项目 我司配套光伏并网逆变器SG50K32台 SG20K31台等相关设备 上海太阳能3KW 2并网发电系统 项目描述 上海太阳能3KW 2并网发电系统 上海人民政府20KW 项目描述 上海市市政府东西两个门卫室屋顶的阵列照片 配备两台SG10K3 内蒙古乌海市光伏并网项目 项目描述 内蒙古乌海市50KW光伏并网项目 采用SG5K C光伏并网逆变电源12套 采用天津津能非晶硅电池组件 东方汽轮机厂并网项目 项目描述 东方汽轮机厂30KW光伏并网项目 我司配套并网逆变器SG10K3若干套 普乐新能源并网项目 项目描述 蚌埠普乐新能源太阳能并网项目 应用我司SG1K5TL SG3K光伏并网逆变电源 采用非晶硅组件 北京五棵松体育中心光伏并网发电项目 项目描述 北京