兆瓦级光伏逆变器的设计及应用

1、兆瓦级光伏并网逆变器的设计及应用一一. . 光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模二二. . 兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准三三. . 兆瓦级光伏并网逆变器设计测试、认证和应用兆瓦级光伏并网逆变器设计测试、认证和应用四四. . 安徽颐和新能源科技股份有限公司简介安徽颐和新能源科技股份有限公司简介目录目录一一. .光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模 光伏并网逆变器的发展方向：光伏并网逆变器的发展方向：1.小型化发展趋势，即小功率或微功率逆变器，适合小型户用光伏系统

2、，其安全性、可靠性高，成本低，非常适合小型光伏系统的大规模应用。产品要求：高转换效率、高可靠性和低成本、免安装维护、需标准化设计。一一. .光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模 光伏并网逆变器的发展方向：光伏并网逆变器的发展方向：2.大型化发展趋势，即大功率逆变器，其符合光伏逆变器的大规模应用，在未来，特别是1MW的光伏逆变器（TL型）的需求量会很大，主要是鉴于安装成本和部件直接成本考量，以及如何提高发电量、电站运营管理能力和经济指标。目前，从实际应用和部分器件选型来说，1MW逆变器功率等级将是大型光伏电站接入电力系统中较理想的选型，因为越大功率的，

3、主要器件会很难选择，另其具备的相关辅助功能：储能装置、诊断与监控单元，有无功调度、能量计量装置等，赋予光伏逆变器更多的功能，也更加智能化，具有很强的操控性。一一. .光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模 2009年国内外光伏逆变器市场份额和中国主要企业 一一. .光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模光伏并网逆变器的发展方向和未来的市场规模 2009年国内外光伏市场份额 未来几年的市场需求 二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准oMW逆变器基本电气原理设计逆变器基本电气原理设计o器件选型和工艺结构设计

4、器件选型和工艺结构设计o安全技术要求安全技术要求o电磁兼容技术要求电磁兼容技术要求o产品功能要求产品功能要求o性能要求和寿命性能要求和寿命二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准1. MW逆变器基本电气原理设计逆变器基本电气原理设计 方案1：并联变流器采用了载波相移(CPS)技术 ，优点：结构简单、模块化设计、易扩展；叠加开关频率提高、滤波电感小、效率高；适合低压、大电流输入的应用。缺点：单个MPPT、控制复杂（环流控制），成本高。 二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准1. MW逆变器基本电气原理设

5、计逆变器基本电气原理设计 方案2：变流器并联多重化相结合的技术。 优点：控制独立，多MPPT路数，分组并接 （Team mode）。缺点：整机大而重，成本较高、噪音有问题。二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准1. MW逆变器基本电气原理设计逆变器基本电气原理设计 方案3：IGBT并联技术。 优点：单控制回路，成本低，集成度高，体积小。缺点：低功率性能差，大功率时生产调试和维护困难，器件选型困难，噪音大。二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准2.器件选型和工艺结构设计器件选型和工艺结构设计 大型逆变

6、器设计时，往往会遇到在中小型逆变器设计中无法涉及的大型逆变器设计时，往往会遇到在中小型逆变器设计中无法涉及的技术问题技术问题 器件选型器件选型:o直流侧：直流开关直流侧：直流开关DC Breaker+DC Filter+DC侧防雷器侧防雷器 SPDo直流电容直流电容DC Capacitor：电解型，薄膜型：电解型，薄膜型oDC-link：Busbar+Snubber+ResisteroPower Module：Radiator+Cooling+IGBT Module+Drivero电抗器电抗器inductor：材质选型和感量设计，谐波分量计算：材质选型和感量设计，谐波分量计算o交流脱扣：交流脱

7、扣：AC contactor+ Softer Resistoro交流侧：交流侧：AC Filter+交流开关交流开关AC Breaker+AC侧防雷器侧防雷器 SPDo交流电流交流电流/电压检测：交流电压电压检测：交流电压/电流电流+RCD+RCM+leakage currento直流电压直流电压/电流检测回路：直流电压电流检测回路：直流电压/电流电流+DC Grounding Test系统供电：工业级模块电源系统供电：工业级模块电源+LVRT功能功能二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准2.器件选型和工艺结构设计器件选型和工艺结构设计 工艺结构

8、设计工艺结构设计:o总体布局思考：由直流到交流（分体设计），系统能量流，主磁总体布局思考：由直流到交流（分体设计），系统能量流，主磁场回路，系统热分布与风道设计，配重和重心，用户接口，场回路，系统热分布与风道设计，配重和重心，用户接口，IP等等级（室内还是户外箱式逆变）。级（室内还是户外箱式逆变）。o主要细部工艺设计：主要细部工艺设计：DC-link+Power Module+inductor +Current Sensor；AC contactor +AC Filter+AC Breaker关键点：关键点：1)母线排电流走向，叠层母排电流密度和电感值测试，母排安母线排电流走向，叠层母排电流密

9、度和电感值测试，母排安全间距和均压电阻布局；全间距和均压电阻布局；2）散热器散热值预估和选型（插片、挤）散热器散热值预估和选型（插片、挤出、钎焊、热管式，水冷等），散热器尺寸、风道，风扇功率与出、钎焊、热管式，水冷等），散热器尺寸、风道，风扇功率与噪音；噪音；3）snubber的容值与验证；的容值与验证；4）散热模组额定功率温升验）散热模组额定功率温升验证证二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准2.器件选型和工艺结构设计器件选型和工艺结构设计 工艺结构设计工艺结构设计:o交流电流交流电流/电压检测点设置：交流电压电压检测点设置：交流电压/电流电流

10、+RCD+RCM，抗干扰，抗干扰处理处理o直流电压直流电压/电流检测点设置：直流电压电流检测点设置：直流电压/电流电流+DC Grounding Test敏感信号的屏蔽和保护，需加屏蔽地和控制传输距离。敏感信号的屏蔽和保护，需加屏蔽地和控制传输距离。二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准室内型室内型二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准箱式逆变箱式逆变二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准模块化设计模块化设计二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和

11、标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准模块化设计模块化设计二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准正面维护正面维护二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准母排设计母排设计二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准安装接口安装接口二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准3.安全技术要求安全技术要求安全执行标准：安全执行标准： IEC 62103; EN 50178; IEC/EN 62109-1; IEC/EN

12、62109-2。 电气性能：过电压等级电气性能：过电压等级,爬电距离爬电距离,电气间隙电气间隙,耐压和绝缘耐压和绝缘,接地阻抗接地阻抗. 结构安全：结构安全： IP等级，机械强度。等级，机械强度。 附加测试：部件防火，系统温升，环境测试，共模电流的抑制。附加测试：部件防火，系统温升，环境测试，共模电流的抑制。 铭牌和标识：标签设计：铭牌和标识：标签设计： IEC 60417-1 2000 文档编写和说明书（含操作、安装、维护指导书）文档编写和说明书（含操作、安装、维护指导书） LVRT:可编程的参数，符合不同国家的技术要求。可编程的参数，符合不同国家的技术要求。 防孤岛：防孤岛：VDE 012

13、6-1-1 不作要求，中压或高压并网的方式，很难不作要求，中压或高压并网的方式，很难 发生负荷匹配，即发生孤岛，仅被动孤岛就可以。实际设计时，其发生负荷匹配，即发生孤岛，仅被动孤岛就可以。实际设计时，其 与与LVRT功能很难同时具备。功能很难同时具备。二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准4.电磁兼容技术要求电磁兼容技术要求电磁兼容执行标准：电磁兼容执行标准：EN61000-6-1/2 Electrostatic discharge ESD （抗静电）（抗静电） RF radiated immunity （辐射抗扰度）（辐射抗扰度） Electr

14、ical fast transients/burst EFT/B Surge （电快速脉冲）（电快速脉冲） Injected current （电流注入）（电流注入） Power frequency magnetic field （工频磁场干扰）（工频磁场干扰）EN61000-6-3/4 Conducted emission （辐射）（辐射） RF radiated emission（传导）（传导）二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准5.产品功能要求产品功能要求 大功率逆变器和中小功率在功能规划上面需要有很多差异，更加智大功率逆变器和中小功率在

15、功能规划上面需要有很多差异，更加智能。能。除具备常规的保护功能外，还需要具备如下功能：除具备常规的保护功能外，还需要具备如下功能：开放的通讯协议开放的通讯协议并兼容电力系统通讯协议并兼容电力系统通讯协议；各电参数和状态的传输、监视、遥控；各电参数和状态的传输、监视、遥控；具备有功无功闭环控制，并接收定量调度；具备有功无功闭环控制，并接收定量调度；精确的能量计量，精确的能量计量，5-10年电参数的存储，年年电参数的存储，年/月月/日日/时发电量和收益时发电量和收益计算；计算；可编程的低电压穿越功能，具备使能允许和参数自定义；可编程的低电压穿越功能，具备使能允许和参数自定义；机器内温湿度检测与温度

16、辅助加热；机器内温湿度检测与温度辅助加热；二二. .兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准兆瓦级光伏并网逆变器设计技术要求和标准6.性能要求和寿命性能要求和寿命大功率逆变器和中小功率相比，在性能和寿命方面更加苛刻，具体如大功率逆变器和中小功率相比，在性能和寿命方面更加苛刻，具体如下：下：如何理解和实现如何理解和实现10-20年寿命？质保年寿命？质保 与与 Cost！高性能：高转换效率，可靠，安全，维护便捷！高性能：高转换效率，可靠，安全，维护便捷！器件选型：冗余设计，温升控制；被动元件，主动元件；开器件选型：冗余设计，温升控制；被动元件，主动元件；开关关,FUSE，FAN,电容电容,IGBT,

17、半导体器件半导体器件,显示器件；显示器件；机箱设计，机械强度和部件防锈处理；机箱设计，机械强度和部件防锈处理；软件控制，优化控制功率单元的工作时间；软件控制，优化控制功率单元的工作时间；良好的良好的after serves，快速有效的服务也是设计寿命延长的方法；，快速有效的服务也是设计寿命延长的方法； 如何理解如何理解10-20年质保？整机，部件？无偿服务和有偿服务？年质保？整机，部件？无偿服务和有偿服务？三三. . 兆瓦级光伏并网逆变器设计测试、认证和应用兆瓦级光伏并网逆变器设计测试、认证和应用1.测试平台：测试平台： 大功率逆变器，意味着大电流，体积大而重，所以在公司生产现场，大功率逆变器，意味着大电流，体积大而重，所以在公司生产现场，如何组装、调试、测试，如何出厂检验是一个大问题！功能验证，如何组装、调试、测试，如何出厂检验是一个大问题！功能验证，技术指标验证，特别是技术指标验证，特别是LVRT验证，需要大量设备仪器！验证，需要大量设备仪器！2.产品认证：产品认证： 国内市场：金太阳认证，国内市场：金太阳认证，C