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光伏发电,无变压器型并网逆变器,主电路拓扑结构
日期:2021-01-06   [复制链接]
责任编辑:dingyi 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
 无论采用何种技术,逆变器的基本设计都很明确,且非常相似。其核心就是将直流电压(太阳能电池组件)转换成交流电压(可并网)的过程。在转变的过程中,不停地转换直流电的正负极连接,从而形成方向变化的交流电。所以,逆变器的关键部件是桥接开关(功率器件),如图1(a)所示,这个开关桥的一侧连接输入的直流电源,在另一侧连接交流电网。在工作过程中,只有两个相对的开关可以同时关闭。

如果将此开关桥的开关速度设置成与电网频率相同,则在理论上可以将桥的输出侧与电网连接。但是,由于这样输出的电流是方波,且强度没有变化,因此需要在输出端安装一个具有铁芯的电感器,用以将输出电流控制成为正弦波形状。桥的断开采用脉冲过程进行,从而形成与脉冲相关的较小电流分量。这样的电流分量可以对电感器的电流进行控制。脉冲的频率一般为20kHz,这样就完全可以形成50Hz的电流,如图1(b)所示。

对于光伏逆变器来说,还有一个非常重要的设备不能遗漏:输入端的电容器,如图1(c)所示。电容器的作用是储存电能,确保来自发电侧的电流持续一致供给桥接开关,并通过与电网频率同步变化的桥进入电网。只有在输入电容器的容量足够大的情况下,才能够保证光伏发电系统的持续、正常运行。

图2描述了可用于直接并网的逆变器的基本功能,但在实际应用中,输入电压的范围具有一定的局限性。对于并网发电应用,其输入电压必须在任何时刻都高于电网的峰值电压。当电网电压的有效值为250V时,为达到正常并网,要求发电侧的最低电压应为354V。

与标准逆变器的基本设计不同,直接并网逆变器有很多方法来调整或提升输入电压范围。常用的逆变器技术方案与结构都各不相同,上面提到的逆变器拓朴结构不仅在电气隔离方面不同,在可达到的效率、对电压的依赖性等方面也各不相同。因此,没有统一的公式来界定何种逆变器设计是最优秀的设计,设计中必须要考虑到具体使用的逆变器特性。

光伏逆变器设计的另一个趋势是扩大输入电压范围,这会导致相同功率级下输入电流的减小,或相同输入电流下功率级的提高。输入电压比较高时,需要使用额定电压更高(1200V范围内)的IGBT,从而产生更大的损耗。解决这一问题的一个方法是采用三电平逆变器,如图3所示。

采用两个串联的电解电容可把高输入电压一分为二,将中间点与零线(neutralline)连接,这时就可以再采用600V开关。三电平逆变器可在三个电平间进行转换:+Vbus、0V和–Vbus。此方案除了比1200V开关结构的解决方案更有效之外,三电平逆变器还有一个优势,就是输出电感大为减小。三电平逆变器主要有两个显著特点:

①由多个电平台阶合成的输出电压正弦波形,在相同开关频率条件下,与传统二电平逆变器相比,谐波含量大大减少,改善了输出电压波形;

②开关管的电压额定值只为直流母线上电压的一半,使低压开关器件可以应用于高压变换器中。

但是,三电平逆变器的缺点是控制策略较复杂和出现中点电压不平衡的问题,其中,中点电压不平衡是三电平逆变器的一个致命弱点。显然,若逆变器直流母线上并联两电容的中点电压在运行时不稳定,它将引起输出的三电平电压变化,不仅使输出电压波形畸变,谐波增加,而且使三相输出电流不对称,失去三电平逆变器的优势。然而,对于中点电压不平衡问题,目前尚未有根本的解决方法。其中有代表性的方法一是利用改进硬件电路实现中点电压平衡的方法;二是通过改变开关时序或控制矢量电压持续时间的方法实现电压平衡。但都存在电路复杂、控制效果不理想的问题。

目前,只要光伏发系统设计合理,完全可以经济运行。直接并入电网的无变压器型逆变器因为其低成本、高效率而日益受到重视。变压器将电能转化成磁能,再将磁能转化成电能,在输入与输出端之间安装的电气隔离装置导致的能量损失可达到1%,甚至高达2%。因此,无变压器型逆变器的运行效率要比变压器型逆变器高,这种技术还有很多其它的优点,例如材料消耗少、重量轻等。

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来源:搜狐网
 
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