淺談逆變技術(shù)在光伏系統(tǒng)中的應用

陳雷博　中國電力科學研究院

淺談逆變技術(shù)在光伏系統(tǒng)中的應用

陳雷博中國電力科學研究院

簡單介紹了逆變器的基本原理、逆變器基本分類和國家能源局頒布的《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》。

并網(wǎng)逆變器；離網(wǎng)逆變器；光伏系統(tǒng)；行業(yè)標準

太陽能是最具發(fā)展前景的綠色再生能源，早已成為世界各國研究的重點之一，正在快速蓬勃的發(fā)展。中國是太陽能資源大國，具備了廣泛應用光伏發(fā)電技術(shù)的地理條件。我國的光照資源主要分布在西北地區(qū)，1 km2可安裝100 MW光伏陣列，年可發(fā)電1.5億kWh。豐富的太陽能資源為光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的基礎(chǔ)能源。

1　光伏發(fā)電系統(tǒng)簡述

光伏發(fā)電系統(tǒng)就是把光能轉(zhuǎn)換成直流電能，再由直流經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化成交流的系統(tǒng)。所以逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其系統(tǒng)示意圖為圖1所示。

由圖1可知，整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)除了由太陽能電池組件、光伏控制器、逆變器、蓄電池4大組成部分外。

2　逆變器基本工作原理

2.1逆變器基本原理

逆變器實際上是一種開關(guān)電源。首先低壓直流電經(jīng)過電子器件變換成頻率50 Hz的低壓交流電，然后經(jīng)過逆變變壓器處理生成高電壓的交流電。最后還要對升壓后的電流進行濾波處理才能供一些設(shè)備使用。

圖1　光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

圖2　單相并網(wǎng)逆變器工作原理示意圖

3　逆變器的分類

（1）光伏并網(wǎng)逆變器

并網(wǎng)逆變器是光伏系統(tǒng)的電網(wǎng)接入設(shè)備，將光伏陣列的直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能后饋入電網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器的輸出需要檢測電網(wǎng)情況后再進行并網(wǎng)動作(必須在相位、頻率、電壓與電網(wǎng)一致時并網(wǎng)輸出，逆變器的功率因數(shù)近于1)。并控制有功功率和無功功率。并網(wǎng)逆變器應有低電壓穿越功能，在電網(wǎng)電壓波動時完成各項保護功。

（2）光伏離網(wǎng)逆變器

離網(wǎng)逆變器離開電網(wǎng)后可獨立工作。離網(wǎng)逆變器相當于一個獨立的小電網(wǎng)?？蓭ё枞菪约半姍C感性等負載，應變快、抗干擾，適應性及實用性強，是停電應急電源和戶外獨立供電首選電源產(chǎn)品。適用于電力系統(tǒng)，通信系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、輪船、居民、太陽能車、航運、醫(yī)院、商場、學校,光伏電站等場所。

日常生活中除工業(yè)生產(chǎn)需要離網(wǎng)逆變器外，家庭也可使用微型離網(wǎng)逆變器。在停電的時侯逆變器將蓄電池內(nèi)的電輸送到電器上,只要平時確保充電。逆變器的輸出電壓是220 V交流電。

4　逆變器行業(yè)標準及檢測項目

4.1主要檢測項目

（1）逆變效率

逆變效率是衡量一臺逆變器采用功率電路的優(yōu)劣的十分重要的性能。我國《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：要求不帶隔離變壓器型逆變器的轉(zhuǎn)換效率最大值應不低于96%，帶隔離變壓器型逆變器的轉(zhuǎn)換效率最大值應不低于94%，還要求在高低溫的狀態(tài)下檢測逆變器的轉(zhuǎn)換效率和最大功率點跟蹤（MPPT）、靜態(tài)效率跟蹤。對逆變器的每個負載點都要測試，得到逆變器的整個負載的效率曲線，因為逆變器在實際環(huán)境中應用時，不可能完全處在最大效率點運行，也不會完全處在滿載下運行。

（2）諧波電流試驗

如果逆變器產(chǎn)生大量非正弦波，從而在接入電網(wǎng)的輸入端產(chǎn)生很大的諧波峰值干擾，供給電網(wǎng)嚴重畸變的非正弦波電流。輸入諧波會造成很多危害，主要危害有：①使電能的產(chǎn)生、傳輸和利用的效率降低，使得電器設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲并使絕緣加速老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障；②可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波分量放大，造成電容器等設(shè)備的燒壞；③使測量儀器產(chǎn)生附加諧波誤差。常規(guī)的測量儀器是設(shè)計工作在正弦電壓、電流波形條件下能保證精度，但是這些儀表在測量到非正弦量時，就會產(chǎn)生附加誤差，影響精度；④諧波還會引起繼電器和電動裝置誤動作。諧波影響是逆變器需要處理的主要技術(shù)指標。所以標準規(guī)定逆變器在運行時，注入電網(wǎng)的電流諧波總畸變率限值為5%，奇次諧波電流含有率限值表1，偶次電流諧波含有率的限值見表2。

（3）防孤島保護試驗

孤島效應的檢測一般分成非計劃性孤島和計劃性孤島。非計劃性孤島就是在電網(wǎng)正常運行的情況，不受控的發(fā)生孤島。電網(wǎng)失壓時，光電系統(tǒng)仍保持對失壓電網(wǎng)中的某一部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)，導致非匹配負荷運行的情況。非計劃孤島內(nèi)的功率是不平衡的，若長時間運行必然會導致孤島系統(tǒng)中電壓和頻率的嚴重偏離造成周圍負荷用電設(shè)備的嚴重損壞。其主要危害：①危害電力維修人員的生命安全；②影響配電系統(tǒng)上的保護開關(guān)動作程序；③孤島區(qū)域所發(fā)生的供電電壓與頻率的不穩(wěn)定會對用電設(shè)備帶來破壞；④當供電恢復時造成的電壓相位不同步將會產(chǎn)生浪涌電流，可能會引起再次跳閘或?qū)夥到y(tǒng)、負載和供電系統(tǒng)帶來損壞；⑤光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)因單相供電而造成系統(tǒng)三相負載的欠相供電問題。

表1　奇次諧波電流含有率限值

表2　偶次諧波電流含有率限值

計劃性孤島是主配電系統(tǒng)有計劃的停止工作或檢修的情況下，與之相關(guān)的開關(guān)設(shè)備斷開后，由逆變器獨立向負荷供電，主配電系統(tǒng)斷開后，逆變器與當?shù)刎摵梢黄鸾M成一個小的孤立電網(wǎng)。

對防孤島保護試驗《行標》規(guī)定，逆變器并入10 kV及以下電壓等級配電網(wǎng)時，應具有防孤島效應保護功能。若逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷，逆變器應在2 s內(nèi)停止向電網(wǎng)供電，同時發(fā)出警示信號，詳見表3。

表3　防孤島效應保護試驗條件

（4）其他檢測項目

《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》中針對逆變器的電氣性能、保護功能、通訊、有功功率控制等多個項目進行測試。詳見表4。

Discussion on Inverters Technology in Photovoltaic System Application

Chen Leibo
China Electric Power Science Research Institution

The article introduces working principle of inverters, basic classification of inverters and published by national energy bureau.

Connection with Grid Inverters, Disconnection with Grid Inverters, Photovoltaic System. Industry Standard

表4　光伏逆變器檢測項目表

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.12.010