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光伏并網逆變器

日期:2010/5/14      來源:網絡     訪問:9894 次

并網逆變器一般分為光伏并網逆變器、風力發電并網逆變器、動力設備并網逆變器和其他發電設備并網逆變器

一、光伏發電并網逆變器
由于建筑的多樣性,勢必導致太陽能電池板安裝的多樣性,為了使太陽能的轉換效率高同時又兼顧建筑的外形美觀,這就要求我們的逆變器的多樣化,來實現理想方式的太陽能轉換?,F在世界上比較通行的太陽能逆變方式為:集中逆變器、組串逆變器,多組串逆變器和組件逆變,現將幾種逆變器運用的場合加以分析。
• 集中逆變
見圖。集中逆變一般用與大型光伏發電站(>10kW)的系統中,很多并行的光伏組串被連到同一臺集中逆變器的直流輸入端,一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊,功率較小的使用場效應晶體管,同時使用DSP轉換控制器來改善所產出電能的質量,使它非常接近于正弦波電流。主要特點是系統的功率高,成本低。但受光伏組串的匹配和部分遮影的影響,導致整個光伏系統的效率和電產能。同時整個光伏系統的發電可靠性受某一光伏單元組工作狀態不良的影響。目前新的研究方向是運用空間矢量的調制控制,以及開發新的逆變器的拓撲連接,以獲得部分負載情況下的高的效率。
在特雷斯集中逆變器上,可以附加一個光伏陣列的接口箱,對每一串的光伏帆板串進行監控,如其中有一組串工作不正常,系統將會把這一信息傳到遠程控制器上,同時可以通過遠程控制將這一串停止工作,從而不會因為一串光伏串的故障而降低和影響整個光伏系統的工作和能量產出。
• 組串逆變
見圖。組串逆變器已成為現在國際市場上較流行的逆變器。組串逆變器是基于模塊化概念基礎上的,每個光伏組串(1kW-5kW)通過一個逆變器,在直流端具有峰值功率峰值跟蹤,在交流端并聯并網。許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優點是不受組串間模塊差異和遮影的影響,同時減少了光伏組件最佳工作點
與逆變器不匹配的情況,從而增加了發電量。技術上的這些優勢不僅降低了系統成本,也增加了系統的可靠性。同時,在組串間引入“主-從”的概念,使得在系統在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下,將幾組光伏組串聯系在一起,讓其中一個或幾個工作,從而產出更多的電能。目前新的概念為幾個逆變器相互組成一個“團隊”來代替“主-從”的概念,使得系統的可靠性又進了一步。目前,無變壓器式組串逆變器已占了主導地位。
• 多組串逆變
見圖。多組串逆變是取了集中逆變和組串逆變的優點,避免了其缺點,可應用于幾千瓦的光伏發電站。在多組串逆變器中,包含了不同的單獨的功率峰值跟蹤和直流到直流的轉換器,這些直流通過一個普通的直流到交流的逆變器轉換成交流電,并網到電網上。光伏組串的不同額定值(如:不同的額定功率、每組串不同的組件數、組件的不同的生產廠家等等)、不同的尺寸或不同技術的光伏組件、不同方向的組串(如:東、南和西)、不同的傾角或遮影,都可以被連在一個共同的逆變器上,同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值上。
同時,直流電纜的長度減少、將組串間的遮影影響和由于組串間的差異而引起的損失控制到更小。
• 組件逆變器
組件逆變器是將每個光伏組件與一個逆變器相連,同時每個組件有一個單獨的功率峰值跟蹤,這樣組件與逆變器的配合較好。通常用于50W到400W的光伏發電站,總效率低于組串逆變器。由于是在交流處并聯,這就增加了交流側的連線的復雜性,維護困難。另一需要解決的是怎樣更有效的與電網并網,簡單的辦法是直接通過普通的交流電插座進行并網,這樣就可以減少成本和設備的安裝,但往往各地的電網的安全標準也許不允許這樣做,電力公司有可能反對發電裝置直接和普通家庭用戶的普通插座相連。另一和安全有關的因素是是否需要使用隔離變壓器(高頻或低頻),或者允許使用無變壓器式的逆變器。這一逆變器在玻璃幕太陽能并網逆變器 光伏并網逆變器墻中使用較為廣泛。
特雷斯光伏并網逆變器規格全,既有小功率的組串逆變器,又有大功率的集中式逆變器,隨著中國光伏發電市場的迅速發展,特雷斯逆變器必然會被越來越多的中國客戶使用。
二、風力發電并網逆變器
針對風力發電系統的特性,設計了與電網并聯的PWM逆變器控制系統,該系統采用電流瞬時值反饋控制,直接以電網電壓同步信號為逆變器輸出電流跟蹤指令,通過對網側電流的閉環跟隨控制,實現以單位功率因數向電網饋送電能。對系統的穩定性進行了分析,實驗結果證明了該逆變器控制系統的可行性和正確性。
關鍵詞 風力發電 并網逆變器 功率因數
• 引言
隨著節能意識的加強以及對于可再生能源的需求,風力發電技術日益受到重視。由于風能具有不穩定性和隨機性,風力發電機發出的電能是電壓、頻率隨機變化的交流電,必須采取有效的電力變換措施后才能夠將風電送入電網。為了改進風力發電機發電系統的運行性能,近年來發展了基于交-直-交變流器的變速風力發電系統。
在交-直-交變速風力發電系統中,逆變器的控制技術是關鍵,國內外紛紛展開這方面的研究工作。文獻[2]~文獻[5]對此都有專門的研究。本文綜合以上幾個文獻中逆變器的優點,提出了一種新型的逆變器控制方案。該逆變器直接以電網電壓同步信號為逆變器輸出電流的跟蹤信號,能夠使輸出電流快速跟蹤電網電壓。該控制系統結構簡單,試驗結果表明該控制系統能實現單位功率因數輸出,且輸出電流的諧波含量低。
• 交-直-交變速風力發電系統簡介
交-直-交變速風力發電系統如圖1所示,圖中整流器和逆變器分別采用二極管整流器及基于全控型器件的PWM逆變器。為了解決在低風速時整流以后的電壓幅值過低、頻率變化太快、直流紋波較大、電壓尖刺等問題,在整流器與逆變器之間加入了直流環節部分,該環節具有升壓和穩壓功能。逆變器將直流轉換成適合并網條件的交流后再通過變壓器或直接并入電網。
這種交-直-交系統顯著的特點是在風力發電機和電網之間連接了緩沖電路,在并網時無電流沖擊,逆變器不僅可以調節電壓、頻率,而且可以調節輸出功率,是一種穩定的并網方式。
• PWM逆變器的控制方案
PWM逆變器的拓撲結構如圖2a所示。逆變器輸入與直流穩壓的輸出端相連,其輸入端的電壓為直流穩壓后的電壓值udc,輸出端通過濾波電感上后并入電網,對于風力發電并網逆變器系統,輸出相電壓、相電流與電網電動勢滿足圖2b所示矢量關系。
對于無窮大公共電網,該并網逆變器作為電流源向電網輸送電能。因此通過對逆變器輸出電流的控制即可達到控制輸出功率的目的。由圖2b可知,為了不對公用電網產生諧波污染,必須使逆變器各相輸出電流與電網電壓反相,以實現逆變器的單位功率因數輸出。為了實現這一目的,設計了如圖3所示的逆變器控制系統。
• 控制器及其參數設計
因為PWM開關頻率遠大于公用電網的工頻頻率,根據圖3所示的控制系統圖,可以得到如圖4所示a相電流閉環傳遞結構圖。
• 并網逆變器的試驗
圖6a為蓄電池電壓與a相電流波形圖,圖6b為a相電壓與電流波形圖。圖6c為輸出電流的頻譜圖。實驗結果表明,在蓄電池電壓穩定的條件下,逆變器輸出電流是穩定的正弦波,且與電網電壓相位相反,因而實現了單位功率因數傳送電能。逆變器輸出電流頻率基本是50Hz。諧波含量達到了并網要求。
•  結束語
本文提出的逆變器控制系統直接以電網電壓作為逆變器輸出電流的參考信號,采用電流瞬時值反饋控制,其控制系統不僅結構簡單,而且能夠實現單位功率因數輸出,減少輸出電流對電網造成的諧波污染。該并網逆變器控制系統的研究設計為風力發電并網技術的發展提供了條件。

三、動力設備并網逆變器

動力設備并網逆變器有內燃機發電并網逆變器等,在日常生活中具有廣泛的應用。

特雷斯電子技術部