模块二 情境五 离网逆变器pptx

  太阳能光伏发电系统 建设与运营 模块二 情境五 离网逆变器 周亚东 本节内容与讨论主题 1.重点理解离网逆变器，为什么是离网？ 2.了解离网逆变器的种类？你能说出中国目前几种流行的逆变器厂家吗？ 3.掌握离网逆变器的工作原理？ 4.掌握离网逆变器的选型？ 重点是工作原理3及选型4 四、逆变器 1. 逆变器概述 电子技术中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。   2. 逆变器分类 根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用两种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器，根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器。 排名 综合排行 电站型逆变器 组串型逆变器 1 阳光电源 阳光电源 华为 2 变特电工 变特电工 山亿 3 华为 南车 晶福源 4 南车 易事特 古瑞瓦特 5 易事特 科士达 欧姆尼克 6 科士达 华为 阳光电源 7 科诺伟业 科诺伟业 变特电工 8 正泰 正泰 固德威 9 山亿 高能 易事特 10 高能 山亿 中兴昆腾 （1）集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中型逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用数字信号处理技术（Digital Signal Process，DSP）转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，通常用于大型光伏发电站(装机容量10kW)的系统中。   （2）组串型逆变器 组串型逆变器是基于模块化概念基础上实现的，已成为现在国际市场上最流行的逆变器方式，每个光伏组件串（1～5kWp）通过一个逆变器，在直流端具有上限功率点跟踪功能，在交流端并联并网。   （3）微型逆变器 在微型逆变器的PV系统中，每一块电池板分别接入一台微型逆变器，当电池板中有一块不能良好的工作，则只有这一块受一定的影响，其他光伏板都将在最佳工作状态运行，使得系统总体效率更加高，发电量更大。   3. 逆变器的基本工作原理 完整的光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、逆变器、控制器、负载组成。其中逆变器主电路包括DC/DC电路、DC/AC电路、滤波电路和隔离变压器。 控制器控制电路一般都会采用DSP作为主控单元，其中还包括逆变器的SPWM信号发生、闭环控制和最大功率点跟踪电路。如图2-48所示。   光伏逆变器一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。   逆变装置的核心是逆变开关电路，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。其简单原理图如图2-49所示。 其工作原理如下： ·S1、S4闭合，S2、S3断开，输出uo为正，反之，S1、S4断开，S2、S3闭合，输出uo为负，这样就把直流电变换成交流电。 ·改变两组开关的切换频率，能改变输出交流电的频率。 ·电阻性负载时，电流和电压的波形频率、初相位相同。电感性负载时，电流和电压的波形的初相位不相同，电流滞后电压一定的角度。 （1）逆变主电路的电路拓扑结构 单相电压型逆变器大致上可以分为推挽式、半桥和全桥逆变电路三种。这三种方式根据其不同的特点应用于不同的场合。 推挽式逆变电路的主电路简单，如图2-51所示。但是开关管需要承受2倍的线路峰值电压，所以适合于低输入电压的场合应用。同时变压器存在偏磁现象，初级绕组有中心抽头，流过的电流有效值和铜损较大，初级绕阻两部分应紧密耦合，绕制工艺复杂。     半桥式逆变器在电路中所使用的功率开关晶体管的耐压要求较低，晶体管的饱和压降也减少到最小，对其输入滤波电容使用电压的要求也较低。不存在直流偏磁问题，可以大范围的应用于数百瓦～数千瓦的开关电源中。     全桥式逆变电路既保持了半桥式逆变电路的电压性质又兼有推挽式的电流性质。在逆变电路中，采用相同电压、电流容量的开关器件时，全桥式逆变电路能达到最大功率输出，因此该电路常用于中大功率电源中，它具有较好的逆变输出波形。   （2）上限功率点跟踪控制功能 太阳辐射强度是变化着的，显然最佳工作点也是在变化的。相对于这些变化，始终让太阳电池组件的工作点处于上限功率点，系统始终从太阳电池组件获取上限功率输出，这种控制就是最大功率跟踪控制。太阳能发电系统用的逆变器的最大特点是包括了上限功率点跟踪这一功能。   由图2-54能够准确的看出，当太阳能电池工作于上限功率点电压Vmax左侧时，输出功率随电池端电压的上升而增加；当太阳能电池工作于上限功率点电压Vmax右侧时，输出功率随电池端电压的上升而减少。  ①恒压跟踪方式。 恒压跟踪法（CVT）MPPT，根据如图2-55所示原理得出，当温度一定时,不同光强下太阳能电池板的上限功率点几乎落在同一根垂直线的两侧邻近,这就非常有可能把上限功率线近似地看成电压V为常数的一根垂直线,使光伏电池板工作于某一个固定的电压，即图中垂直线为恒压跟踪线，虚线A~E为最大跟踪点线。恒压跟踪法是一种近似上限功率的跟踪方法。 ②扰动观察法 干扰观测法是通过将太阳能电池板的输出功率和上次的相比较来确定增加或减少太阳能电池板工作电压来实现MPPT。设在某一时刻t1，太阳能电池板的输出功率为P1，处理器输出信号使太阳能电池板工作电压增大ΔV，一段时间Δt后，在时刻t2（t2=t1+Δt）检测到太阳能电池板的输出功率为P2。 ③电导增量法 电导增量法通过比较太阳能电池板的电导增量和瞬间电导来输出控制信号。由太阳能电池的P-U曲线可知，利用一阶导数求极值的方法，即对P=UI求全导数，可得 两边同时除以，可得 令，可得 ④模糊控制方式实现MPPT 光伏阵列温度的变化、负载情况的变化以及光伏阵列输出特性的非线性特征，使用模糊逻辑控制（Fuzzy logic control）办法来进行控制，能够得到比较理想的效果。  使用模糊逻辑办法来进行光伏系统的MPPT控制，具备比较好的动态特性和精度，在光伏并网发电领域具有较为广阔的应用前景，但是基于模糊逻辑操控方法的光伏发电系统的MPPT控制器通常通过DSP芯片实现，由于成本比较高的原因，并不适用于小型的独立光伏发电系统。 4. 离网逆变器选型 （1）离网逆变器功率选择原则 离网逆变器功率选择原则主要从以下几方面考虑： 1）负载连续工作时最大负荷要考虑负载功率因数； 2）对电感负载要考虑启动瞬间负载上限功率； 3）逆变器额定功率要超过连续工作时最大负载值的15%～20%，来防止负载增加造成的功率不足。同时逆变器还应提供合适的过载能力，国产逆变器的过载能力是150%，不超过2秒。进口逆变器的过载能力是250%到300%，不超过5秒。 （2）离网逆变器自身功耗 离网逆变器的自身功耗是决定系统效率的最重要的条件。逆变器自身功耗是恒定不变的。国标要求逆变器自身功耗不允许超过额定功率的3%。国产逆变器没有待机模式，也就是说国产逆变器24h产生自身功耗。 （3）负载对逆变器的影响 逆变器的逆变效率是随着负载变化而变化的，选择时可考虑负载长时间工作点对应的逆变器效率，以及负载波动非常大，户用小负荷输出时（长时间运行）逆变器效率。 （4）其他考虑的因素 蓄电池的精确放电管理，管理柴油机或外部电网的接入以及负载的优先级管理等等。

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