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光伏发电系统之逆变器（大功率）简介目前主要发电形式目前国内主要发电形式（2012）：火力发电：目前主要的发电形式，全国总装机已经突破1000GW水力发电：重要的发电形式，全国总装机200多GW风力发电：全国总装机约70GW核电：全国总装机约20G光伏发电：全国总装机约5GW020040060080010001200火力发电水力发电风电核电光伏发电对未来世界能源利用形式的预测地热光热光伏和光热风力生物质生物质水力核电天然气煤炭石油光伏发电系统典型应用形式•并网应用太阳升起，达到并网条件，接触器闭合联网，开始发电典型应用形式•应用现场2:10逆变器主要构成部分•主要参数、系统构成和主回路拓扑•直流输入部分•逆变部分（IGBT模块和驱动器）•LC滤波器和交流输出•二次电路•控制和保护•散热•机柜500kW主要参数指标•最大直流功率550kWp•输入最大直流电压：900Vdc•最大直流输入电流：1200A•额定交流输出功率：500kW•输出交流电压：270V•最大交流输出电流：1176/1069A•额定频率：50Hz•最大效率：98.7%（约在40%额定功率时）；某些地区，满载效率更有意义•防护等级：IP20(室内)•冷却方式：风冷系统构成•逆变器电路系统图主拓扑电路（电路结构）•逆变器主电路结构图直流输入部分•直流（塑壳）断路器:T6N630TMAR630FF4P（2路输入）ABB•直流EMI滤波器FEDC-600PPremo/Sshaffner•电流传感器LF2005-S/SP32LEM•电压传感器NV100-1000南车时代/LEM•快速熔断器170M5448BUSSMANN•浪涌吸收器OVRPV401000PABB直流支撑电容•支撑薄膜电容规格420µF/1100V42Aelectronicon（60）100000h,（t≤70℃）•高频吸收电容1.5~2uF/1200V/IGBTAVX2:20逆变桥部分•IGBT:InsulatedGateBipolarTransistor)绝缘栅双极性晶体管•主要品牌：infineonsemikron三菱富士逆变桥部分•IGBT:FF1400R12IP4，Skiip•驱动器：2ED300C17-S(T)•辅助板：2ED300E17-SFO，MAE30012•并联方案装配之后的IGBT模块各个厂家构成模块的形式各异，但本质相同。差异的原因在于散热、电磁兼容、整体布局等考虑的不同IGBT模块并联各种形式的IGBT逆变桥模块并联滤波器和滤波仿真LC滤波器•L=0.12~0.17mH,1100A•C=100~200µF交流输出•交流(塑壳)断路器T7S1250MPR231/P-LSI3PFF•接触器AF1350-30-11100-250ACAF16-30-11100-250AC•快速熔断器170M6419BUSSMANN•浪涌吸收器OVRBT23N40-320PABB•电流传感器LF2005-S/SP32LEM•电压传感器NV100-400南车时代•交流EMI滤波器HCWMGF-1300HVPREMO输出并网变压器•逆变器本身不带变压器，根据现场实际情况选配升压变压器可以是单机400V电压，或10kV以上电压•两台500kW单机，可以通过分裂绕组变压器构成1MW并网方案：2:35二次回路和嵌入式控制板二次回路•电源系统（交流电源、直流电源、UPS电源）•模拟量采集和输出（电压、电流、温度传感器）•开关量采集和输出（熔断器、接触器、风机等状态和控制）•IGBT驱动、保护通道•电池板绝缘检测、漏电检测（交流侧、直流侧）•状态显示按钮（状态显示、钥匙开关、急停）嵌入式控制板•CUP（单DSP或双DSP系统），应用中TI的TMS320F2812/28335居多。•外围功能电路：模拟和开关信号处理；逻辑运算；通讯；电源管理等。辅助电源•交流电源•直流开关电源•UPS电源（或电容储能供电）•现场的交流电源取电方式散热和风机额定功率下（常温）•IGBT模块的总体热功耗约3.6kW•电抗器热功耗（三相电抗器总功耗2.5kW，115℃，满载）•其他（电容，熔断器，风机等）约1.4KW•柜内总热功耗：约7.5KW（环境温度升高时，总功耗也增加）•高原应用中，要考虑极端环境温度和散热效率等问题散热片为了降低成本，多为压合的散热器工艺，利用现成的标准齿片压合，成本低，但散热效果略差。整体用一套模具浇铸，热阻最小，散热效果好，成本也较高。利用预埋热管，散热效果最好，但成本也最高。2:40控制和保护大功率逆变器的控制部分要完成如下几个基本任务：•跟踪电池板（MPPT:最大功率跟踪）充分发挥电池板的发电潜力•跟踪电网保证输出电流和频率保持和电网同步•直流电到交流电的转换转换的同时，调节输出功率的大小（或根据电网需要发出无功功率）控制和保护视在功率、有功功率和无功功率：控制和保护大功率逆变器的控制部分—跟踪电池板•跟踪电池板（MPPT:最大功率跟踪）使逆变器始终工作在太阳能电池板阵列的最大输出功率点（附近），以充分发挥电池板潜力。控制和保护大功率逆变器的控制部分要完成的任务—跟踪电池板•跟踪电池板（MPPT:最大功率跟踪）薄膜电池板与晶硅电池板114I-V@STC134I-V@STC114Pwr@STC134Pwr@STC电压[V]0510152025303540455055606570758085电流[A]012345678功率[W]020406080100120140160180200220控制和保护大功率逆变器的控制部分—跟踪电网•跟踪电网（软件锁相环技术（PLL））2:50控制和保护大功率逆变器的控制部分要完成的任务—直流到交流的转换•直流到交流的变换原理单相逆变原理三相逆变原理控制和保护单相逆变原理：控制和保护三相逆变原理（SPWM）采样控制理论：冲量（面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上时，其效果基本相同。控制和保护逆变算法SVPWM：将三相电量用一个空间矢量表示用基本电压空间矢量构成空间矢量组控制和保护逆变算法SVPWM：控制和保护软件控制思想：3:10控制和保护大功率逆变器的控制部分要完成的任务—保护•保护直流侧：直流过压交流侧：交流过压、欠压、过频、欠频；过流，过载，短路。•反孤岛保护•低电压穿越•绝缘监测控制和保护大功率逆变器的控制部分要完成的任务—保护•低电压穿越电能质量•逆变器在运行时不应造成电网电压波形过度畸变和注入电网过度的谐波电流，以确保对连接到电网的其他设备不造成不利影响•各次谐波含量的允许值电能质量•逆变器在运行时不应造成电网电压波形过度畸变和注入电网过度的谐波电流，以确保对连接到电网的其他设备不造成不利影响•各次谐波含量的允许值电能质量标准：逆变器额定功率运行时，注入电流谐波总畸变率限值不大于5%iTHD≤5%（输出波形输出电流1125A时的仿真效果）电能质量•总电流谐波畸变率THD=1.08%（满功率时）电能质量•总电流谐波畸变率THD=4.55%（四分之一功率时）机柜采用四柜体结构1.直流柜2.逆变柜3.控制柜4.交流输出柜1234机柜采用四柜体结构1.直流柜2.逆变柜3.控制柜4.交流输出柜1234机柜柜体一般形式为长方体，拥有12条棱来支撑起柜体。将钢材在折弯机器上折弯九次。形成如下图中的型材，被称为九折弯型材。而用九折弯型材做12条棱的柜子，称之为九折弯柜。现在也有厂家使用16折弯的型材，承重性能更好一些。同行业其他品牌机柜SMASUNNYCENTRAL500HE:宽×高×深=2800×2160×850重:1900kg防护等级：IP20输出电压：270V合肥阳光:SG500KTL宽×高×深=2800×2160×850重:2288kg防护等级：IP20输出电压：270V同行业其他品牌机柜（500kW）安徽颐和特变电工中国南车深圳科士达许继中科电十四所3:15大功率逆变器(500kW)主要硬件成本构成•整机硬件成本构成机柜8%功率元器件78%（IGBT及驱动，支撑电容，交直流断路器，接触器，导流铜排，散热器，风机，避雷器等）滤波电抗器11%控制硬件3%认证•小功率机型的认证繁多，不同国家或地区都有各自的认证要求。国内要求必须过“金太阳”认证；国外的认证如德国TÜV、VDE-AR-N4105、CE，意大利Enel-GUIDA，西班牙ROYALDECREE1663/2000，英国G83、G59，澳洲AS4777，美洲UL-1741等。•大功率机型的主要认证国内必过的认证有“金太阳”认证和低电压穿越试验通过报告；有的厂家为了出口或用户的需要，也做德国TUV认证或BDEW(德国中压电网指令要求)结束语•大功率光伏逆变器设计需要电力电子、自动控制理论、计算机技术等多个学科的综合技术。•目前国内变流技术水平同国外相比还有较大差距，外在表现在长期可靠性运行，整体效率、关键技术指标等方面；内在表现在硬件、软件设计技术方面。•大功率集中式逆变器有向高电压（直流电压和输出交流电压）大容量发展的趋势；同时，所谓的微逆变器技术方向也值得注意。•逆变器技术的发展和大容量廉价储能技术的发展密切相关。•大型地面光伏电站目前的发电方式，还是一种比较粗放式的应用，光伏发电的技术和利用形式还不十分成熟，还有很大的发展完善空间。