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光伏发电逆变器主电路及无变压器光伏逆变器优点
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]
 1.光伏发电逆变器主电路

太阳能电池一般是电压源,因此逆变器的主电路采用电压型,太阳光发电站用逆变器的三种主电路形式如图1所示。图1(a)是采用工频变压器主电路形式,采用工频变压器使输入与输出隔离,主电路和控制电路简单。为了追求效率,减少空载损耗,工频变压器的工作磁通密度选得比较低,因此重量大,约占逆变器的总重量的50%左右,逆变器外形尺寸大,是最早的一种逆变器主电路形式。

图1(b)是高频变压器主电路形式,采用高频变压器使输入与输出隔离,体积小,重量轻。主电路分为高频逆变和工频逆变两部分,比较复杂。是20世纪90年代比较流行的主电路方式。

图1(c)是无变压器主电路形式,不采用变压器进行输入与输出隔离,只要采取适当措施,同样可保证主电路和控制电路运行的安全性,体积最小,重量最轻,而且效率高,成本也较低。主电路包括升压部分和采用高频SPWM的逆变部分,比工频变压器主电路形式要复杂,但是适应输入直流电压范围宽,有利于与太阳能电池进行匹配。尽管由于天气等因素使太阳能电池输出电压发生变化,但有了升压部分,可以保证逆变部分输入电压比较稳定。将成为今后主要的主电路流行方式。

为了使无变压器主电路形式安全运行,必须采取一定的技术措施:首先要使太阳能电池对地电压保持稳定;其次,为了防止太阳能电池接地造成主电路损坏,应检测太阳能电池正极和负极的接地电流(通过零相互感器),如果不平衡电流超过规定值,说明太阳能电池有可能接地,接地保护立即动作,切断主电路输出,停止工作。由于无变压器主电路形式没有变压器对输入与输出隔离,因此逆变器输入端的太阳能电池的正负极不能直接接地,输出的单相三线制中性点接地,因太阳能电池面积大,对地有等效电容存在(正极等效电容和负极等效电容)。该等效电电容将在工作中出现充放电电流,其低频部分有可能使供电电路中的漏电开关误动作而造成停电,其高频部分将通过配线对其它用电设备造成电磁干扰,而影响其它用电设备正常工作。对这种对地等效电容电流必须在主电路加电感L1与电容C1组成的滤波器进行抑制,特别是抑制高频部分。而工频部分,可以通过控制逆变器开关方式来消除。当然在太阳能电池与主电路之间,还应当设置共模滤波器,防止对太阳能电池的电磁干扰。

2.无变压器光伏逆变器优点

先进的无变压器光伏逆变器技术,以便降低系统的复杂性并最大限度地提高电力传输。确实有必要仔细看看无变压器光伏逆变器技术是如何通过影响系统设计、效率和系统平衡(BoS)成本来帮助改变竞争格局的。

采用可分离的两极+600和-600VDC电池组数组实现直接转换这项新技术,无需在低压三相电网上配备变压器。这种配置不仅提高了发电效率,而且不需要传统上所要求使用的逆变器变压器,降低了相关的系统平衡(BoS)成本,还避免了与单极配置有关的不必要的线路衰减。

采用了无变压器光伏逆变器技术的太阳能光伏系统在发电时,光伏模块和负载之间不需要任何变压器。可将电力从逆变器直接转换并传输到所附负载中。这要归功于采用双极±600VDC数组配置。无变压器光伏逆变器具有以下优点:

1)更高的效率,由于没有隔离变压器,从光伏模块电源获得的额外的1%到2%能源效率直接进入负载,在功率为500千瓦的时候,这意味着最低免费额外提供了5千瓦的输出。

2)缩小设备和导线规模及数量,直接转变成可用的电压,而不是较低的单极逆变器交流电压,而交流电电流降低一半以上,从而降低了交流电一端的电线成本。

3)降低材料和安装施工成本,没有一个变压器,逆变器的尺寸更小,重量更轻。无变压器光伏逆变器可安装在商业建筑的屋顶上(而不是安装在地下室),使其直接与五楼的安装板连接。这样的设计不仅可以免除昂贵的高达五层楼的直流电布线,而且还能缩短交流电电线的长度并降低相关成本。

4)无变压器光伏逆变器技术采用大得多的电源优化器(LineReactor)和较小的三角形滤波电容。这些较小的三角形滤波电容器也通过一种串联电阻器进行缓冲,从而提高控制系统的稳定性,并且减少并联逆变器之间的相互作用。带有一种单一引擎设计的500千瓦逆变器也能减少零部件数量,从而提高整个系统的可靠性。

传统逆变器还通过公用线路自干扰(如各种VAR发电)来检测孤岛情况。当与许多逆变器并联时,这种干扰就会在所有逆变器之间产生VAR拍差频率,所产生的假脱扣将使电场关闭。多个传统逆变器及它们的大型三角电容器也会产生不稳定性并吸收大量谐波电流。

这些问题都可以通过无变压器光伏逆变器技术来避免。无变压器光伏逆变器可以被并联到一个中压变压器的单独绕组上。每组逆变器仅需要一个独立、标准的1000、1500、2000或2500kVAR规格的中压变压器。这就为站点配置提供了众多可能性。由于其电流低于传统逆变器的电流,因此安置逆变器和变压器的方式还有更多灵活选择。

无变压器逆变器的尺寸约为传统逆变器的一半,可直接转换成更高的电压,这就减少了所需占地面积、运输和起重设备成本(加上递增的设备垫板或公用机箱建造成本)以及连接绕组的大小和数量。此外,一个连接到无变压器光伏逆变器的标准配电板可以在无需单独变压器的情况下向追踪器供电。由于变压器减少,系统中的电抗组件随之减少,从而实现最稳定的运行状态。此外,每个逆变器均通过以太网进行自动和独立寻址,从而消除了一切干扰问题。

此外,完全被动的反孤岛技术(anti-islandingtechnique)不会干扰带VAR偏差的公用电压,也不会在路线上设置其它瞬态,因此能够实现高效、顺畅、稳定的电源,这一起都为了相对削减安装成本。

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