大型光伏电站中逆变器和控制设备

大型光伏电站中逆变器和控制设备的技术发展方向2011.7.

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪(MPPT)8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪(MPPT)8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd太阳电池交直流电缆阵列汇流箱太阳电池阵列支架（固定或自动跟踪）交、直流配电系统大型并网逆变器电网接入系统（升压变压器、交流断路器、计量、无功补偿、继电保护等）监测、计量、数采设备、防雷系统（气象监测、数据采集及传输等）1大型光伏电站组成

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd光伏电站的每一组成部分都需要精心设计；系统性能优劣的关键指标是生命周期内总的发电量；逆变器是其中进行能量转换的关键设备，其效率指标等电气性能参数，将直接影响到系统的发电量。1大型光伏电站组成

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1大型光伏电站的系统构成

2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪(MPPT)8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd采用工频变压器隔离的大功率三相并网逆变器1常见大功率并网逆变器的拓扑结构

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd无变压器隔离的大功率三相并网逆变器

（输出电压可以从270V~400V）1常见大功率并网逆变器的拓扑结构

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd两台低压输出逆变器接中压变压器整体解决方案1常见大功率并网逆变器的拓扑结构

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd1常见大功率并网逆变器的拓扑结构多个功率模块并联

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd三电平及多电平方案2逆变器拓扑发展方向

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd多重叠加技术10MW系统2逆变器拓扑发展方向共用变压器解决方案

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd优化直流母线电压、升压变压器配置和变比，避免重复升压，提高系统效率优先考虑当地用电负荷，避免过多电能的远距离传送难点是光伏系统的发电量计量必须在低压侧。2逆变器拓扑发展方向

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd轻型直流输电2逆变器拓扑发展方向

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向

3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪(MPPT)8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd1转换效率的概念转换效率是光伏并网逆变器中最重要的技术指标之一：光伏并网逆变器中常用的效率概念：最大效率ηmax：逆变器所能达到的最大效率欧洲效率ηeuro：按照在不同功率点的效率根据加权公式计算加州效率ηcec：考虑直流电压对效率的影响，再次平均MPPT效率ηmppt：反应逆变器最大功率点跟踪的精度目前，先进水平：ηmax>98%ηeuro>97.5%(不含变压器)ηmax>96.5%ηeuro>96%(含变压器)

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd如何提高效率：拓扑结构（boost，单级，三电平）器件：功率器件，变压器，电抗主功率器件开关频率控制算法，调制方式，死区其他细节：辅助开关电源，风扇，散热器等2提高效率的方法

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率

4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪(MPPT)8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd保护类型：电网电压过欠压电网电压过欠频交流输出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直流过压保护逆变器过载保护逆变器对地漏电保护逆变器内部自检保护（防雷器损坏，接触器故障，变压器过热，A/D通道损坏，IGBT损坏等等）1.逆变器基本保护功能

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd保护类型：低电压穿越（LVRT）输出直流分量超标保护输出电流谐波超标保护三相电网不平衡保护2.逆变器增强的保护功能

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd在电网电压出现异常跌落时，常常需要并网逆变器此时不能立即脱网，而是需要继续工作，起到支撑电网的作用。当并网点电压在图中电压轮廓线及以上区域内时，逆变器需要保持并网运行。轮廓线以下，逆变器停止向电网送电。LVRT需要考虑：LVRT与反孤岛效应保护的矛盾，如何协调；3.低电压穿越（LVRT）

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd参考试验波形3.低电压穿越（LVRT）

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd防逆流保护主要应用于低压侧并网发电系统。如果要求不能向中压电网反向送电，则需要智能的防逆流保护系统4.特殊保护功能：防逆流保护

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪（MPPT）8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd1并网电流谐波要求国网公司对于光伏电站并网电流的谐波要求

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd1并网电流谐波要求鉴衡认证对于光伏并网逆变器并网电流的谐波要求总谐波<5%

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd2并网电流谐波的抑制并网电流谐波抑制方法：拓扑结构选择：L-C，L-C-L电感和电容参数的设计控制算法，PWM驱动方式采样精度运算精度目前国际标准要求<5%，但许多用户要求<3%

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd3新的研究方向如何更好抑制低功率时的电流谐波？如何抑制多台逆变器同时并网时电流谐波的叠加问题？如何在电网电压谐波大时，仍旧保证低电流谐波？在弱网环境下，如何保证电流谐波？

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波

6电磁兼容技术7最大功率点跟踪(MPPT)8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd1.电磁干扰的要求电网对逆变器产生的干扰：电压涨跌，频率漂移，不平衡，电气噪声，浪涌等。要求逆变器不能损坏。逆变器对于电网产生的干扰：电流谐波，电压波动、电压闪变、无功功率、电网阻抗、干扰叠加等。必须符合相关标准。逆变器对于其他电器的干扰：传导干扰，空间辐射干扰等。必须符合相关标准。

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd电磁干扰对策：隔离变压器EMI滤波器控制算法拓扑结构2.电磁干扰的对策

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd目前没有颁布明确的光伏电站防雷设计标准可以参考的标准：《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994(2000)IEC60364-7-712-2002IEC623051-5IEC61557-4-2007GB/T21431-2008建筑物防雷装置检测技术规范SJ/T11127-1997光伏（PV）发电系统过电压保护－－导则2.系统的防雷和接地交流侧的防雷和普通交流配电防雷要求等同

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd2.系统的防雷和接地大型开阔地区光伏电站避雷器安装布置图示例注：来源于德国DEHN公司网站资料

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd2.系统的防雷和接地建筑屋顶光伏阵列避雷器安装布置图示例注：来源于德国DEHN公司网站资料

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd可参考原则：支架等电位连接太阳电池边框接地接地电阻的设计（直流和交流）<4欧姆接闪器的设计和布置（滚球法等）低压电网和高压电网防雷和接地参考成熟设计2.系统的防雷和接地

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd注：该资料来源于phoenix公司网站小功率系统直流和交流防雷，采用凯文接线3.感应雷的防止

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd大型光伏阵列的防雷3.感应雷的防止注：该资料来源于phoenix公司网站

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术

7最大功率点跟踪（MPPT）8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向

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ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd光伏电池在不同的日照和温度条件下，具有不同的MPP1.光伏电池特性介绍不同温度下的P-V特性曲线

太阳电池阵列的P-V特性

不同日照量下的I-V和P-V特性曲线

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd光伏系统中MPPT跟踪算法要求：快速性准确性稳定性特别是在弱光和多云的天气下，MPPT算法的优劣十分重要2MPPT技术要求

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd常用MPPT算法:干扰观测法（爬山法）P&O增量电导法（di/dV＝－I/V）其他一些方法：模糊控制，神经网络，自适应算法等MPPT核心控制思想是通过直流电压的扰动，判断直流功率的变化，从而搜索到最大功率点。3MPPT技术实现

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd试验和测试手段：在正常工作条件下测试MPPT算法将十分耗时，同时很难比对。最佳的方法是使用光伏阵列模拟器对于太阳能阵列模拟器要求：能够方便设定光伏阵列的串并联数可真实模拟单晶硅，多晶硅和非晶硅的U-I曲线最好具有短路特性。即真正为电流源特性功率容量需要达到100KW左右。4MPPT试验和测试手段技术要求MPPT优劣的测试标准：EN50530-2008Overallefficiencyofphotovoltaicinverters

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪方式

8电网锁相技术9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向目录

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构3逆变器的转换效率4逆变器可靠性（保护配置方式和种类）5逆变器输出电流谐波6逆变器新的技术要求及实现7电磁兼容技术（电磁干扰，防雷，接地，浪涌,漏电等）8最大功率点跟踪方式

9电网锁相技术10孤岛效应检测技术11光伏电站的配电、群控、监控及调度技术12大规模应用的技术发展方向

内容

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd常用方法：使用DSP芯片的CAPTURE口进行捕获。软件中侦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°。锁相时间很短，可以在20ms内完成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。电网锁相技术

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd发展方向：使用更精确、更快速的数字锁相电路如何克服在大功率并网时，电网电压采样电路的波动影响电网锁相技术

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪方式8电网锁相技术

9孤岛效应检测技术10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向目录

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。孤岛效应的定义：孤岛效应发生的机理光伏并网发电系统的功率流图

1孤岛效应的原理

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd被动检测：电网电压的幅值、频率、相位和谐波。当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率、相位和谐波等参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。2孤岛效应检测技术主动式检测：指在并网点处向电网注入很小的干扰信号，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

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,LtdENS模块德国VDE0126-1-1要求并网逆变器系统中必须有独立的检测电网断电的模块。一般常用的方法是主动测量电网的阻抗。当电网的阻抗发生突变或变得比较大时，则认为发生了孤岛。当然，电压和频率的变化和超出范围也是重要依据。具有独立性，使用功率范围更宽3孤岛效应其他检测方案

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1大型光伏电站的系统构成2逆变器常见拓扑结构和发展方向3逆变器的转换效率4逆变器的保护功能5逆变器并网电流谐波6电磁兼容技术7最大功率点跟踪方式8电网锁相技术9孤岛效应检测技术

10光伏电站的群控、监控及调度技术11大规模应用的技术发展方向目录

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd1群控技术

小型电站，逆变器自己运算解决大型电站，加装日照控制、群体控制解决共用直流母线增加硬件成本，降低可靠性大面积组件并联带来的额外串并联损耗光伏发电系统：如何解决在低日照时的效率问题？直流侧并联和群控，是解决该问题的一个途径。

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd群控的具体实现1群控技术

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd工作原理：在数据采集器的集中控制下，逆变器“轮流坐庄”，在低日照的情况下，轮流投运。可以有效提高低日照时的效率，同时大大延长了逆变器的使用寿命。并且可实现n+X的冗余。数据采集器提供友好的人机界面。用户可以直接通过液晶屏和按键实现运行模式设定、参数察看、发电量查询、故障查询、参数设定等功能。该方案要求光伏阵列安装于同一倾斜面，并且要求每个子阵列具有相同的功率和电压的组件串并联。多个逆变器并联运行。1群控技术

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd2.10群控、监控及调度技术2、并网逆变器轻载时的效率问题●按需要逆变器逐个并联投运●按光伏阵列并联支路分配逆变器

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd2监控系统监控系统的构成：以数据采集器为核心多种通讯手段：RS485/RS232,USB,GPRS,Ethernet，蓝牙，Zigbee等

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd提供多种通讯接口。开放通讯协议，可方便地与目前电力系统中常用的变电站集中控制系统或调度自动化系统接口（南瑞，许继，南自，北京四方等公司）可连续存储50台设备1个月的运行数据。支持群控算法数据采集器：2.监控系统——数据采集

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd上位机监控软件2.监控系统——上位机监控软件

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd电力系统专用光伏电站监控软件电力监控系统进行定制开发，符合电力系统监控规范和要求，无缝接入现有电力监控系统，可以对发电系统及单台逆变器进行参数记录、数据分析、调度控制等。2.监控系统——监控软件

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd光伏电站运行数据的网络实时查询系统基于C/S架构，可以实现光伏电站运行数据的Internet远程访问。用户可以在任意一台PC上访问某网址，就可以实时查询光伏电站的详细运行数据。同时，可以查询历史数据，故障数据。同时可以进行专业的电站运行数据分析。2.监控系统——实时查询系统

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd实时监控每个光伏组串的电流状态；直流电压可以达到1000V;可以最多接入16路；每个组串正负极提供直流保险丝保护；提供直流高耐压防雷保护3.带组串电流监控的汇流箱

ShanghaiShangHongEnergyTechnologyCo.,Ltd正常电网时的限功率运行电网检修时的停机（计划性）电网故障时的急停（随机性）弱网时的调度策略无功功率补偿4.调度技术

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