光伏逆变器技术及未来发展趋势_合肥工业大学能源研究所_苏建徽

光伏逆变器技术及未来发展趋势合肥工业大学能源研究所苏建徽光伏逆变器技术及未来发展趋势内容提要一、光伏发电系统结构集中式分布式二、光伏逆变器主电路拓扑单相光伏逆变器三相光伏逆变器三、光伏逆变器主要技术四、光伏逆变器技术发展趋势光伏逆变器技术及未来发展趋势光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构集中式优点：成本低、可靠性高、系统调度管理方便。缺点：开关频率低、噪音大、电流纹波大、阵列组合效率损失。DCACPVPVPVPVPVPV光伏组件阵列逆变器单元1单元2单元n-1单元n10kV~35kV母线单元结构光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构集中式特点：阵列组合效率高缺点：成本较高。单元1单元2单元n-1单元n10kV~35kV母线PVPVPVDCDCPVPVPVDCDCPVPVPVDCDCDCAC逆变器光伏组件阵列DC/DC变换器单元结构2光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构集中式特点：阵列组合效率高、故障维修方便、噪音小、生产方便。缺点：占地面积、单元1单元2单元n-1单元n10kV~35kV母线PVPVPVDCACPVPVPVDCACPVPVPVDCAC光伏组件阵列逆变器单元结构3光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构集中式光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构集中式光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构分布式配电线光伏发电单元1光伏发电单元3光伏发电单元2电力用户1电力用户2光伏发电单元4电力用户3光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构分布式光伏逆变器技术及未来发展趋势一、光伏发电系统结构PVPVPVDCACPVPVPVDCACPVPVPVDCAC光伏组件阵列逆变器PVPVPVDCDCPVPVPVDCDCPVPVPVDCDCDCAC逆变器光伏组件阵列DC/DC变换器也有相关拓扑研究，但不适于光伏发电系统直流串联交流串联光伏逆变器技术及未来发展趋势二、光伏逆变器主电路拓扑光伏逆变器主电路拓扑1、单相光伏逆变器2、三相光伏逆变器光伏逆变器技术及未来发展趋势二、光伏逆变器主电路拓扑1、单相光伏逆变器非隔离型单相光伏逆变器隔离型单相光伏逆变器光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.1非隔离型单相光伏逆变器特点：电路结构简单、但单极SPWM时，共模电压较高。二、光伏逆变器主电路拓扑H4逆变器T1T4T3T2L2UgC1C3PV光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.1非隔离型单相光伏逆变器拓扑H5逆变器特点：增加一开关T5，没有共模电压，提高系统效率。二、光伏逆变器主电路拓扑T1T4T3T2L2UgC1C3T5PV光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.1非隔离型单相光伏逆变器H6逆变器特点：减小共模电压。二、光伏逆变器主电路拓扑T1T2T5T6L2UgC1C3T3T4PV光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.2非隔离型单相光伏逆变器二、光伏逆变器主电路拓扑上桥臂发射极开路型拓扑特点：减小输出滤波电路的损耗。适应无功负载的逆变拓扑特点：可实现双向功率流动。T1T4T3T2UgC1PVD3D2L1D5D4L2T1T4T3T2L2UgC1C2PVD3D2L1光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.1非隔离型单相光伏逆变器BOOST逆变电路二、光伏逆变器主电路拓扑双模式BOOST逆变电路特点：高压输入时，提高效率。特点：增加光伏阵列电压范围。L1T1T4T3T2T5L2UgC1C2C3D2PVT1T4T3T2L2UgT5PVD2D3L1C1C2光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.1非隔离型单相(三相)光伏逆变器二、光伏逆变器主电路拓扑直流母线正极电网光伏阵列直流升压电路直流母线电容中点RC支路单相逆变器滤波电感寄生电容LN电网光伏阵列直流升压电路直流母线电容中点RC支路单相逆变器滤波电感寄生电容LN电网光伏阵列直流升压电路RC支路单相逆变器滤波电感寄生电容LN直流母线负极带共模电流抑制方法光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.2隔离型单相光伏逆变器图1带工频变压器拓扑特点：结构简单、电气隔离、体积较大、可靠性高。PVDCACUg二、光伏逆变器主电路拓扑光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.2隔离型单相光伏逆变器（a）高频变压器至于DC/AC变换器中PVDCACUgACAC二、光伏逆变器主电路拓扑PVDCACUgACDCDCAC（b）高频变压器至于DC/DC变换器中特点：体积小、重量轻、结构复杂，功率等级不高。光伏逆变器技术及未来发展趋势1、单相光伏逆变器1.2微型光伏逆变器二、光伏逆变器主电路拓扑交错反激式结构L2C1C4PVT1D1T2D2Q1Q2Q3Q4光伏逆变器技术及未来发展趋势2、三相光伏逆变器2.1两电平三相光伏逆变器三相光伏逆变电路二、光伏逆变器主电路拓扑T1T4T3T6C1PVT5T2C2C3C4L1L2光伏逆变器技术及未来发展趋势2、三相光伏逆变器2.2三电平三相光伏逆变器NPC三电平拓扑Conergy三电平拓扑RB-IGBTConergy三电平拓扑二、光伏逆变器主电路拓扑光伏逆变器技术及未来发展趋势2、三相光伏逆变器2.2三电平三相光伏逆变器二、光伏逆变器主电路拓扑三电平光伏逆变器单元1三电平光伏逆变器单元2三电平光伏逆变器单元3三电平光伏逆变器单元4500kW光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术光伏逆变器主要技术电流波形控制有功无功控制并网群控技术最大功率跟踪控制孤岛效应系统的各种保护措施电磁兼容(EMC)技术光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术1、电流波形控制abc静止坐标PI控制dq旋转坐标PI控制滤波电路的设计，LCL等。PR控制重复控制注意事项：1）线路噪声对各变量采样精度影响。2）电感非线性、抗共模电路、PWM死区等对电流控制效果的影响。光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术2、有功无功控制有功功率控制能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出，确保逆变器最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术2、有功无功控制电压/无功调节应具备根据并网点电压水平调节无功输出，参与电网电压调节的能力，其调节方式、参考电压、电压调差率等参数可由电网调度机构远程设定。1、如何保证无功功率的控制精度和响应速度？2、本机响应可以很快，但系统是否可以？光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术3、并网群控技术多机群控技术，实现多台容量较小的并网逆变器的并联运行；特点：不同的日照强度下，由主控系统发出统一指令，启动不同数量的并网逆变器进行控制，可以实现系统的发电效率最优。多机并联的方式各光伏阵列输入独立，各逆变器输出并联挂网。优点：逆变器控制较为简单，与单机控制相比无区别缺点：没有实现阵列和系统的最大效率利用。各光伏阵列的直流输出并联为总输入，各并网逆变器输出并联挂网。优点：以最佳发电效率为目标的优化控制，含有多种控制拓扑结构。缺点：逆变器的控制较为复杂。组合效率损失，MPPT综合效率可能低。光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术4、最大功率跟踪控制恒定电压控制法（CVT）扰动观察法（P&O）电导增量法（IncCond）1）MPPT的追踪速度与精度的矛盾，如何解决？2）动静态MPPT效率，如何评价？光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术5、孤岛识别被动式检测：电网阻抗特征变化、并网电压电流关系特征等。主动式检测：无功扰动、主动频率偏移等。技术难点：分布式并网发电系统的孤岛识别光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术6、系统的各种保护措施过/欠压保护过/欠频保护恢复并网保护过流保护防反放电保护极性反接保护过载保护低电压穿越：零电压穿越时的无功电流控制光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术7、电磁兼容(EMC)技术电网对逆变器干扰电压闪变，电气噪声，浪涌、高频分量等。逆变器对于电网干扰电流谐波，电压波动、电压闪变、无功功率、电网阻抗、干扰叠加等。逆变器对于其他用电设备干扰传导干扰，空间辐射干扰等。光伏逆变器技术及未来发展趋势三、光伏逆变器主要技术7、电磁兼容(EMC)技术应对电磁兼容问题:隔离变压器EMI滤波器控制算法拓扑结构正确良好接地光伏逆变器技术及未来发展趋势四、光伏逆变器技术发展趋势逆变器拓扑：1、趋向于采用三电平结构，模块化并联。2、广泛采用新型半导体功率器件，提高效率，简化结构。3、微型光伏并网逆变器在谐振软开关、电路拓扑方面有进一步发展，并提高效率。4、高频隔离型并网结构可能会受到关注。光伏发电系统结构：1、集中型单机大功率与组串型多机组合并存。2、微型并网逆变器在国内分布式发电系统中逐步受到欢迎并占有一定比例。1、高密度分布式发电可能存在的谐振和谐波叠加。2、分布式发电系统各节点孤岛的识别。（虽然为小概率事件）3、大规模并网对电网的电能质量和功率扰动，储能平抑和功率调度系统的介入。4、高穿透功率对局部电网供电质量和安全影响。5、逆变器的消谐理论和技术。光伏逆变器技术及未来发展趋势可能存在的问题和研究方向谢谢！光伏逆变器技术及未来发展趋势