分享下光伏逆变器的原理和选型技巧

                   
发布时间:2019-04-12 16:13:15 星期五
摘要:

光伏逆变器的原理和选型技巧:   一、工作原理以及特点: 工作原理:逆变装置的核心,是逆变开关电路, […]

光伏逆变器的原理和选型技巧:

 

一、工作原理以及特点:

工作原理:逆变装置的核心,是逆变开关电路,简称作为逆变电路。该电路透过电力电子开关的导通和关断,来完成逆变的功能。

特点:

(1)要求具有比较高的效率。

因为目前太阳能电池的价格偏西高,借以最为大限度的利用太阳能电池,提高系统效率,必需设法提高逆变器的效率。

(2)要求具有比较高的可靠性。

目前光伏电站系统重要用于边远地区,许多电站无人值守与维护,这便要求逆变器有合理的电路结构,严格的元器件筛选,并且要求逆变器具 备各种保护功能,如:输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、这么热、过载保护等。

(3)要求输入电压有比较宽的适应范围。

因为太阳能电池的端电压随负载与日照强度变化因而变化。尤其是当蓄电池老化时其端电压的变化范围非常大,如12V的蓄电池,其端电压可能于 10V~16V间变化,这便要求逆变器于比较大的直流输入电压范围之内保证正常工作。

二、光伏逆变器分类

有关逆变器分类的方法很多,例如:依据逆变器输出交流电压的相数,可分为单相逆变器与三相互逆变器;依据逆变器使用的半导体器件类型不同,亦可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器以及可关断晶闸管逆变器等。依据逆变器线路原理的不同,也可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器与脉宽调制型逆变器等。依据应用于并网系统仍然离网系统之中亦可以分为并网逆变器与离网逆变器。借以便于光电用户选用逆变器,这里只以此逆变器适用场合的不同进行分类。

1、集中型逆变器

集中逆变技术是若干个并行的光伏组串遭连到同一台集中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,功率比较小的使用场效应晶体管,除此之外使用DSP转换控制器用以改善所产出电能的质量,使它十分接近在正弦波电流,一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统之中。最为大特点是系统的功率高,成本低,但是因为不同光伏组串的输出电压、电流常常绝不完全匹配(尤其是光伏组串由于多云、树荫、污渍等原因遭部分遮挡时),采用集中逆变的 方式会导致逆变过程的效率降低与电户能的下降。除此之外整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态绝不 良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制及开发新的逆变器的拓扑连接,以此获得部分负载情况之下的高效率。

2、组串型逆变器

组串逆变器是根据模块化概念基础之上的,每个光伏组串(1-5kw)透过一个逆变器,于直流端具有最为大功率峰值跟踪,于交流端并且联并网,已经成为现在国际市场之上最为流行的逆变器。

许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是绝不受组串栋模块差异与遮影的影响,除此之外减少了光伏组件最佳工作点和逆变器绝不匹配的情况,进而增加了发电量。技术之上的这些优势不但降低了系统成本,亦增加了系统的可靠性。除此之外,于组串栋引人“主-自”的概念,使得系统于单串电能绝不能使单个逆变器工作的情况之下,把几组光伏组串联系于一起,让其中一个或是几个工作,进而产出越来越多的电能。

3、微型逆变器

于传统的PV系统之中,每一路组串型逆变器的直流输入端,会改由10块左右光伏电池板串联接入。如果10块串联的 电池板之中,若是有一块绝不能良好工作,亦这一串均会受到影响。若逆变器多路输入使用同一一个MPPT,那麽各路输入 亦均会受到影响,大幅度降低发电效率。于实际应用之中,云彩,树木,烟囱,动物,灰尘,冰雪等各种遮挡因素均会引起上述因素,情况十分普遍。因而于微型逆变器的PV系统之中,每一块电池板依次接入一台微型逆变器,如果电池 板之中有一块绝不能良好工作,亦只这一块均会受到影响。其他光伏板均把于最佳工作状态运行,使得系统总体效率越来越高,发电量越来越大。于实际应用之中,若组串型逆变器出现故障,亦会引起几千瓦的电池板绝不能发挥作用,因而微 型逆变器故障造成的影响相当之小。

4、功率优化器

太阳能发电系统加装功率优化器(OptimizEr)可大幅度提升转换效率,并且把逆变器(Inverter)功能化繁为简降低 成本。作为实现智慧型太阳能发电系统,装置功率优化器可确实让每一个太阳能电池发挥最佳效能,并且实时监控电池耗损状态。功率优化器是介于发电系统和逆变器间的装置,主要任务是替代逆变器原本的最佳功率点追踪功 能。功率优化器藉改由把线路简化及单一太阳能电池乃对于应一个功率优化器等方式,以此类比式进行十分快速的最佳功率点追踪扫描,从而让每一个太阳能电池均可确实达到最佳功率点追踪,除此之外,也能藉置入通讯晶片随 时随地监控电池状态,实时回报问题让相关人员尽快维修。

三、光伏逆变器的功能

逆变器不但具有直交流变换功能,也具有最为大限度地发挥太阳电池性能的功能与系统故障保护功能。归纳起来有手动运行与停机功能、最为大功率跟踪控制功能、防单独运行功能(并网系统用)、自动电压调整功能(并网系统用)、直流检测功能(并网系统用)、直流接地检测功能(并网系统用)。这里简单介绍手动运行与停机功能以及最为大功率跟踪控制功能。

(1)手动运行与停机功能

早晨日出之后,太阳辐射强度渐渐增强,太阳电池的输出亦逐渐增大,如果达到逆变器工作所需的输出功率之后,逆变器乃手动开始运行。进入运行之后,逆变器就时时刻刻监视太阳电池组件的输出,如果太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输出功率,逆变器便持续运行;直到日落停机,即便阴雨天逆变器亦能运行。当太阳电池组件输出变小,逆变器输出接近0时,逆变器就形成待机状态。

(2)最为大功率跟踪控制功能

太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度与太阳电池组件自身温度(芯片温度)因而变化的。此外因为太阳电池组件具有电压随电流增大因而下降的特性,所以存在能获取最为大功率的最佳工作点。太阳辐射强度是变化着的,显然最佳工作点亦是于变化的。相对于这些变化,依旧让太阳电池组件的工作点处于最为大功率点,系统依旧自太阳电池组件获取最为大功率输出,这种控制便是最为大功率跟踪控制。太阳能发电系统用的逆变器的最为大特点便是包括了最为大功率点跟踪(MPPT)这一功能。

四、光伏逆变器的主要技术指标

1.输出电压的稳定°

于光伏系统之中,太阳电池发出的电能先行改由蓄电池储存起来,接着历经逆变器逆变成220V或是380V的交流电。不过蓄电池受自身充放电的影响,其输出电压的变化范围比较大,如标称12V的蓄电池,其电压值可于10.8~14.4V间变动(超出这个范围可能对于蓄电池造成损坏)。对一个合格的逆变器,输入端电压于这个范围之内变化时,其稳态输出电压的变化量应绝不超过额定值的&Plusmn;5%,除此之外当负载发生突变时,其输出电压偏差绝不应超过额定值的±10%。

2.输出电压的波形失真度

对于正弦波逆变器,应规定允许的最为大波形失真度(或是谐波含量)。一般以此输出电压的总波形失真度表示,其值应绝不超过5%(直流输出允许l0%)。因为逆变器输出的高次谐波电流会于感性负载之上产生涡流等附加损耗,假如逆变器波形失真度过大,会导致负载部件严重发热,绝不利于电气设备的安全,并严重影响系统的运行效率。

3.额定输出频率

对包含电机之类的负载,如洗衣机、电冰箱等,因为其电机最佳频率工作点为50Hz,频率这么高或是这么低均会造成设备发热,降低系统运行效率与使用寿命,因此逆变器的输出频率应是一个相当稳定的值,一般作为工频50Hz,正常工作条件之下其偏差应于&Plusmn;l%之内。

4.负载功率由于数

表征逆变器带感性负载或是容性负载的能力。正弦波逆变器的负载功率因数为0.7~0.9,额定值为0.9。于负载功率一定的情况之下,假如逆变器的功率由于数比较低,亦所需逆变器的容量要增大,另一方面造成成本增加,除此之外太阳能系统交流回路的视在功率增大,回路电流增大,损耗必定增加,系统效率亦会降低。

5.逆变器效率

逆变器的效率是指于规定的工作条件之下,其输出功率和输入功率之比,以此百分数表示,一般情况之下,光伏逆变器的标称效率是指纯阻负载,80%负载情况之下的效率。因为光伏系统总体成本比较高, 所以应该最为大限度地提高光伏逆变器的效率,降低系统成本,提高光伏系统的性价比。目前主流逆变器标称效率于80%~95%间,对于小功率逆变器要求其效率绝不低于85%。于光伏系统实际设计过程之中,不仅要选择高效率的逆变器,除此之外也应透过系统合理配置,尽可能使光伏系统负载工作于最佳效率点邻近。

6、额定输出电流(或是额定输出容量)

表示于规定的负载功率因数范围之内逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量,其单位以此VA或是kVA表示。逆变器的额定容量是如果输出功率因数为1(即纯阻性负载)时,额定输出电压作为额定输出电流的乘积。

7、保护措施

一款性能优良的逆变器,也应具备完备的保护功能或是措施,以此应对于于实际使用过程之中出现的各种异常情况,使逆变器本身以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,逆变器应有保护与显示。

(2)输入过压保户:

当输入端电压高于额定电压的130%时,逆变器应有保护与显示。

(3)过电流保护:

逆变器的过电流保护,应能保证于负载发生短路或是电流超过允许值时及时动作,使其免受浪涌电流的损伤。如果工作电流超过额定的150%时,逆变器应能手动保护。

(4)输出短路保户

逆变器短路保护动作时间应绝不超过0.5s。

(5)输入反接保护:

如果输入端正、负极接反时,逆变器应有防护功能与显示。

(6)防雷保护:

逆变器应有防雷保护。

(7)过温保护等

此外,对于无电压稳定措施的逆变器,逆变器也应有输出过电压防护措施,以此使负载免受过电压的损害。

8.起动特性

表征逆变器带负载起动的能力与动态工作时的性能。逆变器应保证于额定负载下可靠起动。

9.噪声

电力电子设备之中的变压器、滤波电感、电磁开关以及风扇等部件皆会产生噪声。逆变器正常运行时,其噪声应绝不超过80dB,小型逆变器的噪声应绝不超过65dB。

五、选型技巧

逆变器的选用,最先要考虑具有足够的额定容量,以此满足最为大负荷之下设备对于电功率的要求。对以此单一设备作为负载的逆变器,其额定容量的选取较为简单。

如果用电设备作为纯阻性负载或是功率由于数大于0.9时,选取逆变器的额定容量作为用电设备容量的1.1~1.15倍即可。除此之外逆变器也应具有抗容性与感性负载冲击的能力。

对于一般电感性负载,如电机、冰箱、空调、洗衣机、大功率水泵等,于起动时,其瞬时功率可能是其额定功率的5~6倍,此时,逆变器把承受非常大的瞬时浪涌。对于此类系统,逆变器的额定容量应留有充分的余量,以此保证负载能可靠起动,高性能的逆变器可做到连续多次满负荷起动因而绝不损坏功率器件。小型逆变器借以自身安全,有时候需采用软起动或是限流起动的方式。

六、安装注意事项以及维护

1、于安装后最先应该检查逆变器是否于运输过程之中有无损坏。

2、于选择安装场地时,应该保证四周之内没有任何其他电力电子设备的干扰。

3、于进行电气连接以前,必须采用绝不透光材料把光伏电池板覆盖或是断开斜流侧断路器。暴露在阳光,光伏阵列把会产生危险电压。

4、所有安装操作必需而且只改由专业技术人员完成。

5、太阳能系统发电系统之中所使用线缆必需连接牢固,良好绝缘及规格合适。