光伏逆變器的功能與分類

2017-10-25 10:50:58 泓達(dá)光伏　點(diǎn)擊量：評論 (0)

通常來說將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能的過程稱為整流，把整流功能的電路稱為整流電路，把實(shí)際整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器，與之對應(yīng)的將直流轉(zhuǎn)換為交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為

通常來說將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能的過程稱為整流，把整流功能的電路稱為整流電路，把實(shí)際整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器，與之對應(yīng)的將直流轉(zhuǎn)換為交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實(shí)際逆變過程的裝置稱為逆變設(shè)備或逆變器。光伏逆變器將光伏組件所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變成正弦波電流，接入負(fù)載或者并入到電網(wǎng)中，是光伏系統(tǒng)中核心器件。

　　光伏逆變器的種類與主要功能

　　光伏逆變器按用途分為并網(wǎng)逆變器，離網(wǎng)逆變器，微網(wǎng)儲能逆變器三大類，并網(wǎng)逆變器按照功率和用途可分為微型逆變器、組串式逆變器、集中式逆變器、集散式逆變器四大類，微型逆變器，又稱組件逆變器，功率等級為180W到1000W，適用于小型發(fā)電系統(tǒng)；組串型逆變器，功率在1kW到10kW的單相逆變器，適用于戶用發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)電壓為220V,4kW到80kW三相逆變器，適用于工商業(yè)發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)電壓為三相380V,。集中式逆變器和集散式逆變器，功率從500kW到1500KW，一般用在大型地面電站。

　　《一》并網(wǎng)逆變器

　　并網(wǎng)逆變器是連接光伏陣列和電網(wǎng)的關(guān)鍵部件，除了把組件發(fā)出來的直流電變成電網(wǎng)能接收的交流電外，還有以下特殊功能：

　　1）最大功率追蹤MPPT功能

　　當(dāng)日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度變化時，光伏組件輸入功率呈現(xiàn)非線性變化，如圖所示，從圖上看出：光伏組件既不是恒壓源，也不是恒流源，它的功率隨著輸出電壓改變而改變，和負(fù)載沒有關(guān)系。它的輸出電流隨著電壓升高一開始是一條水平線，到達(dá)一定功率時，隨著電壓升高而降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)組件開路電壓時，電流下降到零。

　　光伏組件的輸出功率受日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等因素的影響。當(dāng)光照強(qiáng)度減小時，光伏組件的開路電壓降低，短路電流減小，最大輸出功率減??；當(dāng)光伏組件溫度下降時，組件的短路電流減小，但組件的開路電壓升高，最大輸出功率增加；在組件溫度和日照強(qiáng)度一定的情況下，同一塊組件只有唯一的最大功率輸出點(diǎn)，MPPT功能就是最大功率跟蹤功能，通過調(diào)整直流電壓和輸出電流，使太陽能組件始終工作在最大工作點(diǎn)，輸出當(dāng)前溫度和日照條件下的最大功率。

　　常見的最大功率跟蹤控制方法主要有：定電壓跟蹤法（CVT），將光伏組件的端電壓固定在某一個固定值，特點(diǎn)是控制簡單，穩(wěn)定性好；功率計(jì)算法，電流尋優(yōu)法，擾動觀察法，增量電導(dǎo)法等經(jīng)典控制算法以及最優(yōu)梯度法、模糊邏輯控制法等、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制法等現(xiàn)代控制算法。

　　2）孤島效應(yīng)的檢測及控制

　　在正常發(fā)電時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)連接在大電網(wǎng)上，向電網(wǎng)輸送有功功率，但是，當(dāng)電網(wǎng)失電時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可能還在持續(xù)工作，并和本地負(fù)載處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為孤島效應(yīng)。逆變器出現(xiàn)孤島效應(yīng)時，會對人身安全，電網(wǎng)運(yùn)行，逆變器本身造成極大的安全隱患，因此逆變器入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，光伏并網(wǎng)逆變器必須有孤島效應(yīng)的檢測及控制功能。

　　孤島效應(yīng)的檢測方法有被動式檢測和主動式檢測，被動式檢測方法檢測并網(wǎng)逆變器輸出端電壓和電流的幅值，逆變器不向電網(wǎng)加干擾信號，通過檢測電流相位偏移和頻率等參數(shù)是否超過規(guī)定值，來判斷電網(wǎng)是否停電；這種方式不為造成電網(wǎng)污染，也不會有能量損耗；而主動式檢測是指并網(wǎng)逆變器主動、定時地對電網(wǎng)施加一些干擾信號，如頻率移動和相位移動，由于電網(wǎng)可以看成是一個無窮大的電壓源，有電網(wǎng)時這些干擾信號就會被電網(wǎng)吸收，電網(wǎng)如果發(fā)生停電，這些干擾信號就會形成正反饋，最終會形成頻率或電壓超標(biāo)，由此可以判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。

　　3）電網(wǎng)檢測及并網(wǎng)功能

　　并網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)發(fā)電之前，需要從電網(wǎng)上取電，檢測電網(wǎng)送電的電壓、頻率、相序等等參數(shù)，然后調(diào)整自身發(fā)電的參數(shù)，與電網(wǎng)電參數(shù)同步一致，完成之后才會并網(wǎng)發(fā)電。

　　4）零（低）電壓穿越功能

　　當(dāng)電力系統(tǒng)事故或擾動，引起光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓出現(xiàn)電壓暫降，在一定的電壓跌落范圍內(nèi)和時間間隔內(nèi)，光伏發(fā)電站能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

　　《二》離網(wǎng)逆變器

　　并網(wǎng)逆變器將能量直接送到電網(wǎng)上，所以要跟蹤電網(wǎng)的頻率、相位，相當(dāng)于一個電流源。離網(wǎng)逆變器相當(dāng)于自己建立起一個獨(dú)立的小電網(wǎng)，主要是控制自己的電壓，就是一個電壓源。并網(wǎng)逆變器不需要儲能，但能量不可調(diào)控，光伏發(fā)多少就往網(wǎng)上送多少，根本就不管人家要不要，電網(wǎng)很不喜歡。離網(wǎng)一般需要儲能，并不往網(wǎng)上送能量，電網(wǎng)無權(quán)干涉。

　　離網(wǎng)逆變器離開電網(wǎng)后可獨(dú)立工作，相當(dāng)于一個獨(dú)立的小電網(wǎng)，主要是控制自己的電壓，就是一個電壓源。可帶阻容性及電機(jī)感性等負(fù)載，應(yīng)變快抗干擾，適應(yīng)性及實(shí)用性強(qiáng)，是停電應(yīng)急電源和戶外供電首選電源產(chǎn)品。

　　光伏離網(wǎng)逆變器適用電力系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、航運(yùn)、醫(yī)院、商場、學(xué)校，戶外等場所，可以接入市電對蓄電池補(bǔ)充充電，可以設(shè)置成風(fēng)光電優(yōu)先市電后備，或者市電優(yōu)先風(fēng)光電后備。

　　離網(wǎng)逆變器一般都需要接蓄電池，因?yàn)楣夥l(fā)電不穩(wěn)定，而負(fù)載也不穩(wěn)定，需要蓄電池來平衡能量，當(dāng)光伏發(fā)電大于負(fù)載時，多余的能量給蓄電池充電，當(dāng)光伏發(fā)電小于負(fù)載時，不足的能量由蓄電池提供。

　　太陽能泵水逆變器，是一個特殊的離網(wǎng)逆變器，不需要接蓄電池，直接從太陽能板獲得直流電源，轉(zhuǎn)化成交流電供給水泵泵水。根據(jù)太陽光的強(qiáng)度，調(diào)整輸出頻率的實(shí)時性而得到最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）和最大限度地利用太陽能，相當(dāng)于一個逆變器和變頻器的組合體，因結(jié)構(gòu)簡單。操作方便，廣泛應(yīng)用于無電地區(qū)引水工程，農(nóng)業(yè)灌溉，景觀灌溉。

　　《三》微網(wǎng)儲能逆變器

　　大部分國家電網(wǎng)規(guī)定，光伏等分布式發(fā)電比例，不能超過電網(wǎng)的10%，超過了就要加入儲能系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時如果不采用儲能系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)會對電網(wǎng)帶來了一些不良的影響，并且，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及光伏電源在系統(tǒng)中所占比例的不斷增加，這些影響變得不可忽視。

　?。?）對線路潮流的影響。未接入光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的時候，電網(wǎng)支路潮流一般是單向流動的，并且對于配電網(wǎng)來說隨著距變電站的距離增加有功潮流單調(diào)減少。然而，當(dāng)光伏電源接入電網(wǎng)后，從根本上改變了系統(tǒng)潮流的模式且潮流變得無法預(yù)測。這種潮流的改變使得電壓調(diào)整很難維持，甚至導(dǎo)致配電網(wǎng)的電壓調(diào)整設(shè)備出現(xiàn)異常響應(yīng)，

　　（2）對系統(tǒng)保護(hù)的影響。當(dāng)光照良好，光伏并網(wǎng)電站輸出功率較大時，短路電流將會增大，可能會導(dǎo)致過流保護(hù)配合失誤，而且過大的短路電流還會影響熔斷器的正常工作。此外，對于配電網(wǎng)來說未接入光伏發(fā)電系統(tǒng)之前支路潮流一般是單向的，其保護(hù)不具有方向性，而接入光伏發(fā)電系統(tǒng)以后該配電網(wǎng)變成了多源網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)潮流的流向具有不確定性。因此，必須要求增設(shè)具有方向性的保護(hù)裝置。

　?。?）對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的影響。由于光伏電源的自身輸出不穩(wěn)定性，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行后，系統(tǒng)必須增加相應(yīng)容量的旋轉(zhuǎn)備用，以保證系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻能力，也就是說，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電，降低了機(jī)組利用小時數(shù)，犧牲了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行

　?。?）對電能質(zhì)量的影響。受云層遮擋的影響，光伏電源的發(fā)出功率可能在短時間內(nèi)從100%降到30%以下，或由30%以下增至100%，對于大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)來說，會引起電壓的波動與閃變或頻率波動。此外，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電能為直流電，必須經(jīng)過逆變裝置接入電網(wǎng)，這一過程必將產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)造成影響。

　　（5）對運(yùn)行調(diào)度的影響。光伏電源的輸出功率直接受天氣變化影響而不可控制，因此，光伏電源的可調(diào)度性也受到制約，當(dāng)某個系統(tǒng)中光伏電源所占到一定比例后，電網(wǎng)運(yùn)行商應(yīng)認(rèn)真考慮如何安全可靠地進(jìn)行電力調(diào)度。另外，光伏電價與常規(guī)電價也存在著差異，如何在滿足各種安全約束的條件下對電網(wǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性調(diào)度也將成為一個值得關(guān)注的問題。

　　市場調(diào)查顯示，隨著光伏裝機(jī)量越來越大，各個國家光伏補(bǔ)貼越來越低，而峰谷電價差別則不斷加大，未來光伏逆變器更看重能量存儲，全球近1/3的光伏逆變器廠商期望到2015年所安裝的太陽能系統(tǒng)能源存儲使用可以達(dá)到40%以上，能源存儲將成為未來光伏系統(tǒng)一個越來越重要的功能，在未來光伏能量儲存的市場可能會顯著擴(kuò)大，成為下一代逆變器的主流產(chǎn)品。

　　光伏微網(wǎng)儲能逆變器是最新一代逆變器。可應(yīng)用于集中式和分布式光伏發(fā)電站。光伏微網(wǎng)逆變器集成光伏并網(wǎng)發(fā)電，儲能電站的功能，可以克服光伏組件受天氣變化發(fā)電不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的和諧波含量非常少的純凈電流，提高了電網(wǎng)的品質(zhì)；通過波谷儲存電能，波峰輸出電能，電網(wǎng)峰值發(fā)電量可大幅削減，電網(wǎng)容量也可大幅增加，提高了電網(wǎng)的利用率；通過比較高的上網(wǎng)電價，以及波峰波谷的差價，為用戶創(chuàng)造價值。

　　光伏微網(wǎng)儲能逆變器具體工作原理

　　（1）白天用電高峰期，在太陽光的照射下，太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電流通過控制器傳送到逆變器轉(zhuǎn)化成交流電，并入電網(wǎng)。

　?。?）晚上用電低谷期，電價比較低時，電網(wǎng)的電能通過逆變器充放電控制器，對蓄電池進(jìn)行充電儲能；

　?。?）當(dāng)陽光不足或在夜間非低谷期用電時，蓄電池通過直流控制系統(tǒng)向逆變器送電，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電供交流負(fù)載使用。

責(zé)任編輯：lixin

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