• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

光伏并网逆变器及分布式发电系统

日前,国家能源正式颁布了《分布式光伏发电项目管理暂行办法》,与此早之前国家能源局面就召集了能源局相关各司及江、浙、沪发改委和能源局领导均有出席的高规格座谈会,并在随后的意见稿中明确提出了“将在2014年新建总量达12GW的光伏发电项目,其中8GW属于分布式,4GW为地面电站。这无疑都反映了***主管部门力推分布式光伏发电,以压制地面电站的无序扩张的决心。在苏州欧姆尼克新能源科技有限公司总经理赵磊看来,选择分布式光伏发电的方向是十分准确的,其抓住了光伏发电的本质。西部地面电站发展过程出现了太多问题。实际上,地面电站不应是、也绝不会是今后光伏发电的主要发展方向。然后这种产业形态的实质性转变,反应到光伏逆变器领域,则是产品与市场的双重角力。“虽然大型逆变器在成本上有一定的优势,但随着分布式光伏政策及细则的不断发布,传统大型逆变器的体积大、不便搬运、直流电缆多、需加入汇流箱和直流配电柜,虽然逆变器本身效率很高,相对整个电站效率偏低等缺点将暴露地更加明显”。从技术角度,对于相同容量的光伏电站,采用大型逆变器时MPPT较少,MPPT集中监测,精确度较低;若采用组串式逆变器时,针对不同的安装方式或每一串电池板都有一个MPPT精确监测,组串间影响小,整体发电效率高;从商务角度:就以前的市场来看,因为采用金太阳一次性补贴的商务运作方式,所以很多人在设计电站的时候只是考虑一次性的投资成本,所以选用大型逆变器,因为仅仅从逆变器本身是最便宜的。组串式逆变器的单瓦价格高于大型逆变器,因此业主往往会考虑使用大型逆变器;但是随着技术成熟和市场变化,目前随着新的补贴政策(度电补贴按照0.42元每千瓦时)的推出,综合考虑组串型机型的价格有相当的优势,因此组串式逆变器与大型逆变器的市场格局正悄然发生着变化,随着分布式电站的逐步兴起,以组串型逆变器为主,微型逆变器为辅(在屋顶局部阴影附近或者局部电池板角度不一致选用)结合,将是未来分布式从整体电站考虑的最佳选择了。

 

大型荒漠光伏电站的建设大概从2010年开始爆发,直到今天仍是光伏电站的主流形式,不仅组件大厂风起云涌,倒闭、重组、转型。。。。。。逆变器行业也是令人如此,全球逆变器老大SMA的裁员、西门子退出光伏业务、ABB收购Power-One,而国内则形成以阳光电源为龙头的众多逆变器厂家、山亿新能源、古瑞瓦特,还有资金相比雄厚的正泰电源和中兴也开始进军光伏逆变器行业。而古瑞瓦特短短3年时间已经形成以中功率为主要机型的明星企业,浙江昱能的微逆产品也几乎能与Enphase并驾齐驱。

光伏逆变器的类型形成了以500kW大功率电站型、10-30K中功率和3-5K小功率组串逆变器为主流的产品,还有汇流箱、电站监控软件等设备,而大型荒漠电站的监控系统则大多被紫光、南瑞等继保大厂统一打包。

光伏电站从今年开始分布式的建设步伐开始加大,而市场上对中功率的需求以及光伏发电单元整体解决方案的需求明显加大。微网在国内比较大的成熟案例还是比较少一点。

在新能源行业中,大量的分布式电源对智能电网的需求也日渐紧迫,对将来输电网的架构要求也会更高,在现有的基础上,光伏发电还能走多远?或者说各种设备厂家的方向又该如何?大家都有什么高见,不妨拿出来讨论讨论。

 

各位业界同仁对光伏发电的未来市场和设备预研方向有什么看法?

 

全部回复(19)
正序查看
倒序查看
2013-12-25 09:02

0
回复
2013-12-25 09:05
常规电网接入分布式电源后潮流变化
0
回复
2013-12-25 09:08
@lianqu8421
常规电网接入分布式电源后潮流变化
 

分布式发电是从配电网侧接入电网,因此发电的潮流与电网中常规潮流方向是相反的,对电网的影响有以下几点:

1.对电压影响:分布式发电接入会抬高接入点电压

2.对继电保护的影响:造成保护误动、据动。

3.谐波对电能质量的影响。

4.对系统频率的影响:分布式能源的间歇性、不可存储性决定了它的出力不稳,大容量的DG有功变化容易导致电网频率失稳。

5.单相并网引起的系统不平衡。(决定了单相小功率逆变器适用范围)

 

  

           上图由于DG发电的电流会流向故障点(短路或接地)从而导致电网正常潮流的短路电流减小,因而会导致C据动,因为DG电流注入导致C检测到的短路电流很小到不了保护限值。

            当故障点发生在负荷侧时,由于DG电流会直接流入故障点,短路电流很大,会导致B检测到故障电流导致误动,本来B回路是没有故障的,按常规只断开A即可。

0
回复
2013-12-26 08:40

 

将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为16号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为16号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为16号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。准备谈谈三电平的SVPWM调制 通过空间矢量控制(SVPWM)计算出12PWM开关序列

 

空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)是以理想三相对称交流电供电的交流电机的理想磁链的圆形轨迹为基准,用逆变器的不同的开关状态所产生的三相交流电压去逼近基准磁通圆,用逼近的结果来计算出逆变器所要产生此种交流电压的开关状态以及开关时间,并形成PWM波,输出到逆变器的开关管,完成逆变器的交流电压输出。

 

 

 

不管是T字型,还是I字型三电平拓扑,每个桥臂可以输出三种电压:P状态),0(O状态)N状态)。因此可计算出27种开关状态3*3*3=27),选择合适的开关状态合成参考电压矢量,通过控制小矢量作用时间来控制中点电位

 

下图是三电平SVPWM矢量调制扇区图

 

 

 

 

0
回复
2013-12-26 08:42
@lianqu8421
 将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。准备谈谈三电平的SVPWM调制通过空间矢量控制(SVPWM)计算出12路PWM开关序列 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)是以理想三相对称交流电供电的交流电机的理想磁链的圆形轨迹为基准,用逆变器的不同的开关状态所产生的三相交流电压去逼近基准磁通圆,用逼近的结果来计算出逆变器所要产生此种交流电压的开关状态以及开关时间,并形成PWM波,输出到逆变器的开关管,完成逆变器的交流电压输出。   不管是T字型,还是I字型三电平拓扑,每个桥臂可以输出三种电压:(P状态),0(O状态),(N状态)。因此可计算出27种开关状态(3*3*3=27),选择合适的开关状态合成参考电压矢量,通过控制小矢量作用时间来控制中点电位 下图是三电平SVPWM矢量调制扇区图  [图片]  

 

 目前在三相逆变器里面,这种5-30KW范围内,现在追求高效率都是采用三电平的结构。

 

 

 

 

 

0
回复
2013-12-26 13:26
@lianqu8421
 将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。准备谈谈三电平的SVPWM调制通过空间矢量控制(SVPWM)计算出12路PWM开关序列 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)是以理想三相对称交流电供电的交流电机的理想磁链的圆形轨迹为基准,用逆变器的不同的开关状态所产生的三相交流电压去逼近基准磁通圆,用逼近的结果来计算出逆变器所要产生此种交流电压的开关状态以及开关时间,并形成PWM波,输出到逆变器的开关管,完成逆变器的交流电压输出。   不管是T字型,还是I字型三电平拓扑,每个桥臂可以输出三种电压:(P状态),0(O状态),(N状态)。因此可计算出27种开关状态(3*3*3=27),选择合适的开关状态合成参考电压矢量,通过控制小矢量作用时间来控制中点电位 下图是三电平SVPWM矢量调制扇区图  [图片]  

 

 

 

 

0
回复
2013-12-27 16:31
@lianqu8421
  [图片]  

  

逆变器运行优劣大致可以用4个正弦波来表达:

1. 电网检测正弦波:也就是电网锁相环的精度及响应,作为第一关检测,与逆变器的稳定运行至关重要,取决于电压霍尔元件或采样滤波电路的性能和软件锁相的响应能力。

2. DSP正弦波:DSP需要对电网采样进行计算,高质量的软件算法和控制器的鲁棒性决定了逆变器的稳定、高效运行。

3.  SVPWM驱动模拟正弦波:主要决定于DSP脉冲驱动电路和IGBT驱动电路的效率、精度。

4.  并网电流正弦波:此波形输出与输入相互制约,这是电流闭环控制的必然结果。输出取决于前3个正弦波的质量,同时检测的电流反馈信号又是闭环控制优劣的主要因素。取决于霍尔电流传感器及采样滤波电路的精度。一般MPPT效率与电流传感器性能息息相关,闭环传感器MPPT效率肯定比开环传感器高。

5.  如何处理电流传感器和电压传感器的偏置以及保证电压、电流传感器的基准是不好把握的。

0
回复
2013-12-27 16:39
@lianqu8421
 将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。将三电平空间矢量图看成是六个两电平空间矢量图的叠加合成,如图所示:把三电平空间矢量图分为6个区域,分别为1到6号区域,每个区域都是一个扇形,并存在于一个小的两电平空间矢量图内。确定所要合成的电压矢量所在区域的区号,通过矢量的合成,把原矢量等效成两电平空间矢量图的等效空间矢量。准备谈谈三电平的SVPWM调制通过空间矢量控制(SVPWM)计算出12路PWM开关序列 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)是以理想三相对称交流电供电的交流电机的理想磁链的圆形轨迹为基准,用逆变器的不同的开关状态所产生的三相交流电压去逼近基准磁通圆,用逼近的结果来计算出逆变器所要产生此种交流电压的开关状态以及开关时间,并形成PWM波,输出到逆变器的开关管,完成逆变器的交流电压输出。   不管是T字型,还是I字型三电平拓扑,每个桥臂可以输出三种电压:(P状态),0(O状态),(N状态)。因此可计算出27种开关状态(3*3*3=27),选择合适的开关状态合成参考电压矢量,通过控制小矢量作用时间来控制中点电位 下图是三电平SVPWM矢量调制扇区图  [图片]  

以后继续更新

0
回复
lianqu8421
LV.4
10
2013-12-30 09:42
@lianqu8421
以后继续更新
并网逆变器分类
集中型逆变器

    所有光伏组件通过串并联组成一个光伏阵列,再统一由一个逆变器集中转换成交流电。优点:输出功率高,单位发电成本低。缺点:由于电池组件间差异的影响,能源利用率低,稳定性差。    

组串型逆变器

    光伏组件串联构成光伏组串,每个光伏组串(1kW~30kW)通过一个逆变器并网,形成模块化发电。优点:不受器件差异影响,增大了发电量。这种方式逐渐成为分布式光伏屋顶发电主流结构。

0
回复
lianqu8421
LV.4
11
2013-12-30 09:44
@lianqu8421
并网逆变器分类•集中型逆变器   所有光伏组件通过串并联组成一个光伏阵列,再统一由一个逆变器集中转换成交流电。优点:输出功率高,单位发电成本低。缺点:由于电池组件间差异的影响,能源利用率低,稳定性差。    •组串型逆变器   光伏组件串联构成光伏组串,每个光伏组串(1kW~30kW)通过一个逆变器并网,形成模块化发电。优点:不受器件差异影响,增大了发电量。这种方式逐渐成为分布式光伏屋顶发电主流结构。[图片]

工频隔离系统优点:结构简单、可靠性高、抗冲击性能好、安全性能良好、直流侧 MPPT电压等级一般在 200V-800V缺点:系统效率相对较低,体积笨重。

0
回复
lianqu8421
LV.4
12
2013-12-30 09:45
@lianqu8421
并网逆变器分类•集中型逆变器   所有光伏组件通过串并联组成一个光伏阵列,再统一由一个逆变器集中转换成交流电。优点:输出功率高,单位发电成本低。缺点:由于电池组件间差异的影响,能源利用率低,稳定性差。    •组串型逆变器   光伏组件串联构成光伏组串,每个光伏组串(1kW~30kW)通过一个逆变器并网,形成模块化发电。优点:不受器件差异影响,增大了发电量。这种方式逐渐成为分布式光伏屋顶发电主流结构。[图片]
高频升压不隔离系统
优点:加入了 Boost 电路用于 DC/DC 直流输入电压的提升,同时进行MPPT控制,效率高,重量轻,且太阳电池阵列的直流输入电压范围可以很宽(150V-450V)。这种拓朴结构为市场的主流。
缺点:太阳电池板与电网没有电气隔离,太阳电池板两极有电网电压;使用了高频 DC/DCEMC 难度加大。

 

0
回复
lianqu8421
LV.4
13
2013-12-30 09:47
@lianqu8421
高频升压不隔离系统•优点:加入了Boost电路用于DC/DC直流输入电压的提升,同时进行MPPT控制,效率高,重量轻,且太阳电池阵列的直流输入电压范围可以很宽(150V-450V)。这种拓朴结构为市场的主流。•缺点:太阳电池板与电网没有电气隔离,太阳电池板两极有电网电压;使用了高频DC/DC,EMC难度加大。[图片] 
高频隔离系统优点:同时具有电气隔离与重量轻的优点,系统效率在 93%左右。缺点:由于隔离 DC/DC/AC 的功率等级一般较小,所以这种拓朴结构集中在 5kW 以下;高频 DC/DC/AC 的工作频率较高,一般几十 kHz 或更高,系统的 EMC 比较难设计;系统的抗冲击性能差。

0
回复
lianqu8421
LV.4
14
2013-12-30 10:13
@lianqu8421
高频隔离系统优点:同时具有电气隔离与重量轻的优点,系统效率在93%左右。缺点:由于隔离DC/DC/AC的功率等级一般较小,所以这种拓朴结构集中在5kW以下;高频DC/DC/AC的工作频率较高,一般几十kHz或更高,系统的EMC比较难设计;系统的抗冲击性能差。[图片]

带交流旁路的全桥逆变器(H6桥) 特点:在交流端并联一对串联的开关管,通过这两个管子的续流,使得H桥上流过电流的调制开关的正向电压由Vdc降低为1/2Vdc,减小了开关管的损耗,同时,这一拓扑结构采用双极性PWM调制的输出调制波形同全桥拓扑采用单极性PWM调制的输出波形一致,有效地抑制了电流纹波,减小了滤波电感上的损耗,这一拓扑的最高效率可做到97%。这种拓扑结构和下面将提到的带直流旁路的全桥逆变拓扑,均可称为H6拓扑,且在市场上得到了广泛的应用。

0
回复
lianqu8421
LV.4
15
2013-12-30 10:14
@lianqu8421
高频隔离系统优点:同时具有电气隔离与重量轻的优点,系统效率在93%左右。缺点:由于隔离DC/DC/AC的功率等级一般较小,所以这种拓朴结构集中在5kW以下;高频DC/DC/AC的工作频率较高,一般几十kHz或更高,系统的EMC比较难设计;系统的抗冲击性能差。[图片]

带直流旁路的全桥逆变器 特点:S1S4均工作在电网频率,S5S6工作在开关频率,由反并联二极管D7D8和电容的箝位作用,S5S6的开关电压为1/2Vdc,开关损耗得到降低,加上S1S4调制实现零电流导通,进一步减小了损耗,其输出电压也同单极性调制的全桥拓扑相同,抑制了电流纹波,减小了损耗,这一拓扑结构的最大效率能达97.4%

0
回复
lianqu8421
LV.4
16
2013-12-30 10:15
@lianqu8421
带交流旁路的全桥逆变器(H6桥) 特点:在交流端并联一对串联的开关管,通过这两个管子的续流,使得H桥上流过电流的调制开关的正向电压由Vdc降低为1/2Vdc,减小了开关管的损耗,同时,这一拓扑结构采用双极性PWM调制的输出调制波形同全桥拓扑采用单极性PWM调制的输出波形一致,有效地抑制了电流纹波,减小了滤波电感上的损耗,这一拓扑的最高效率可做到97%。这种拓扑结构和下面将提到的带直流旁路的全桥逆变拓扑,均可称为H6拓扑,且在市场上得到了广泛的应用。[图片]

H5全桥逆变器特点 

0
回复
lianqu8421
LV.4
17
2013-12-30 10:15
@lianqu8421
带直流旁路的全桥逆变器 特点:S1到S4均工作在电网频率,S5和S6工作在开关频率,由反并联二极管D7、D8和电容的箝位作用,S5和S6的开关电压为1/2Vdc,开关损耗得到降低,加上S1到S4调制实现零电流导通,进一步减小了损耗,其输出电压也同单极性调制的全桥拓扑相同,抑制了电流纹波,减小了损耗,这一拓扑结构的最大效率能达97.4%。[图片]

H5全桥逆变器特点:这一拓扑结构为德国SMA公司专利,是对上一个拓扑的改良(带直流旁路的全桥逆变器),其基本思路与前面的拓扑结构差不多,因为省了一个管子,最大效率达到惊人的98.1%

0
回复
lianqu8421
LV.4
18
2013-12-30 10:18
@lianqu8421
H5全桥逆变器特点:这一拓扑结构为德国SMA公司专利,是对上一个拓扑的改良(带直流旁路的全桥逆变器),其基本思路与前面的拓扑结构差不多,因为省了一个管子,最大效率达到惊人的98.1%。[图片]

H5全桥逆变器特点:这一拓扑结构为德国SMA公司专利,是对上一个拓扑的改良(带直流旁路的全桥逆变器),其基本思路与前面的拓扑结构差不多,因为省了一个管子,最大效率达到惊人的98.1%

现在光伏上三电平中功率的逆变器普遍采用前级加旁路二极管的BOOST电路和后级三电平inverter结构,如下图:

一般厂家是双路BOOST,这图只画了一个,原理是一样的

 

0
回复
2014-09-19 17:45
@lianqu8421
H5全桥逆变器特点:这一拓扑结构为德国SMA公司专利,是对上一个拓扑的改良(带直流旁路的全桥逆变器),其基本思路与前面的拓扑结构差不多,因为省了一个管子,最大效率达到惊人的98.1%。现在光伏上三电平中功率的逆变器普遍采用前级加旁路二极管的BOOST电路和后级三电平inverter结构,如下图:[图片]一般厂家是双路BOOST,这图只画了一个,原理是一样的 

楼主分析的好完整

 

0
回复
zwttt
LV.6
20
2016-08-18 18:12
@lianqu8421
H5全桥逆变器特点:这一拓扑结构为德国SMA公司专利,是对上一个拓扑的改良(带直流旁路的全桥逆变器),其基本思路与前面的拓扑结构差不多,因为省了一个管子,最大效率达到惊人的98.1%。现在光伏上三电平中功率的逆变器普遍采用前级加旁路二极管的BOOST电路和后级三电平inverter结构,如下图:[图片]一般厂家是双路BOOST,这图只画了一个,原理是一样的 
楼主知识非常全面!
0
回复