文档介绍：单相无变压器型光伏逆变系统论述
——曹军泉
光伏发电
能源,对当今社会的发展是一个及其敏感的话题,二十一世界能源的枯竭将成为人类发展的巨大障碍。而太阳能则是可以解决问题的首选。无污染,无噪音,无运输,无成本,取之不尽,用之不蝎,无休无止,无私奉献,任何人无法阻止,也任何人无法垄断,是真正安全、清洁、廉价、和平的可再生能源。
目前全世界各国都在致力于这方面的研究开发。而太阳能光伏发电即是其中一种的重要利用方式,在世界不少国家都开展了此项技术的公关。目前已取得显著成绩。
光伏的各种方案
逆变器的主电路结构有电压型和电流型,或单相和三相,或单级和多级,按照输出的绝缘形式,把光伏发电并网用逆变器的主电路分为工频变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式,无变压器无绝缘方式。
工频变压器绝缘方式
高频变压器绝缘方式
无变压器无绝缘方式
工频变压器绝缘方式
采用工频变压器使输入的太阳电池矩阵和输出端的电网绝缘,分为电压型和电流型两种。工频变压器绝缘方式电路简单,变换只有一级,效率较高,制造成本低。
一般工频逆变不采用SPWM控制,输出是矩波形,要经过强有力的滤波措施,才能使输出正弦波形畸变<5%。由于电路中的半导体器件少,可适应比较恶劣的使用条件。开关频率低,产生的电磁干扰小。虽然主变压器和滤波电感体积大,但是,可采用低频材料制造,成本并不高。
这种方式的逆变器主要用于独立型太阳光发电站。
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高频变压器绝缘方式
采用高频变压器使输入的太阳电池矩阵和输出端的电网绝缘,变换分为三级(DC-HFAC-DC-LFAC)第一级为SPWM高频逆变器,通过高频变压器后整流滤波成直流,再经工频逆交器,变为工频正弦波电压输出。高频变压器比工频变压器体积小,重量轻,成本低。
但是,经多级变换,效率问题比较突出,只要采用低损耗吸收电路和认真选择电磁元件,仍然可以使效率超过90%。由于有SPWM控制和周波数变换,输出波形畸变小,不需要强有力的滤波,不过高频电磁干扰问题严重,要采用滤波和屏蔽等抑制措施。
这种方式的逆变器主要用于并网型太阳光发电站。
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无变压器无绝缘方式
为了进一步降低成本,提高效率,已开发出无变压器无绝缘方式逆变器主电路,主电路结构如图所示。升压电路可以和不同输出电压的太阳电池匹配,把太阳电池的输出电压升高到370V左右,尽管由于天气变化因素使太阳电池输出电压发生变化,有了升压部分后,可以保证逆变部分输入电压比较稳定。同时提高了电压,减少了电流,可以降低逆变部分损耗。升压电路还可以对输入的功率因数进行校正。
逆变器无变压器无绝缘方式主电路比工频变压器绝缘方式复杂一些,比高频变压器绝缘方式简单,仍然是两级变换(DC-DC-AC)、效率高。没有变压器,体积小、重量轻、成本较低,是到目前为止比较好的一种主电路方式。
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光伏逆变系统
光伏发电系统如下图所示:
光伏逆变系统
如上图所示,是非隔离型光伏发电结构图。
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光伏逆变系统
其中太阳电池主要由光伏组件组成,其应用可以分为单个组件、组件串联及组件并联。光伏阵列的分布方式会对功率产生重要影响。逆变器的结构也随功率等级的不同而发生变化,从几瓦到几兆瓦分为;集成式、串型、多重串、主从结构和集中式等五种。
为了充分利用光伏逆变系统的电能,使用户可以稳定的利用电能,我们必须将太阳能发电系统并入电网。
光伏逆变系统中的并网逆变器
光伏系统对并网逆变器的要求
求具有较高的效率。
要求具有较高的可靠性。
求直流输入电压有较宽的适应范围,并保证交流输出电压的稳定。
能实现高的功率因数的正弦波形。
逆变器的电磁干扰小,不能对用户产生电磁干扰。