太陽能光伏發(fā)電之逆變電路原理培訓(xùn)

1、太太 陽陽 能能 光光 伏伏 發(fā)發(fā) 電電之之 逆逆 變變 器器 技技 術(shù)術(shù)二o o一四一四年 四 月 十六 日 目錄1.1. 逆變技術(shù)概述逆變技術(shù)概述2.2. 逆變電路基本工作原理逆變電路基本工作原理3.3. 離網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)離網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)4.4. 并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù) 逆變與整流相對應(yīng)，將直流電（DC）變成交流電（AC），它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。 在逆變器未出現(xiàn)以前，DC/AC變換是通過直流電動機(jī)-交流發(fā)電機(jī)來實現(xiàn)的，稱為旋轉(zhuǎn)變流器。隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，大功率開關(guān)器件和集成控制電路的研發(fā)成功，利用半導(dǎo)體技術(shù)就可以完成DC/AC變換，這種變換裝置稱為靜

2、止變流器。通常所說的逆變器均指靜止變流器。1 逆變概念逆變概念直流電源如蓄電池、干電池和太陽能電池逆變電路交流負(fù)載供電1 逆變電路的作用逆變電路的作用1）交流電動機(jī)的變頻調(diào)速； 2）新能源的開發(fā)和利用； 3）電網(wǎng)諧波補(bǔ)償；4）不間斷電源；5）開關(guān)穩(wěn)壓電源和專用電源。1 逆變技術(shù)的應(yīng)用場合逆變技術(shù)的應(yīng)用場合l 戶用電源（幾十瓦-幾百瓦） ： 滿足日常照明、生活用電需求。l 集中式電站（幾千瓦-幾百千瓦） ： 滿足一個地區(qū)的供電需求l 屋頂并網(wǎng)電站（幾千瓦-幾兆瓦） ：利用建筑的屋頂發(fā)電并入電網(wǎng)l 荒漠并網(wǎng)電站（幾百千瓦-幾百兆瓦） ： 利用荒漠鋪建大面積光伏組件，并入電網(wǎng)1 光伏系統(tǒng)逆變技術(shù)的應(yīng)

3、用場合光伏系統(tǒng)逆變技術(shù)的應(yīng)用場合1）按輸出交流頻率分類 工頻（50-60Hz）：大多數(shù)應(yīng)用場合； 中頻（400Hz-幾十KHz）：工業(yè)、軍工應(yīng)用場合； 高頻（幾十kHz-幾MHz）：特殊應(yīng)用場合。2）按輸出交流能量的去向分類 無源逆變：獨立逆變器； 有源逆變：并網(wǎng)逆變器、有源濾波器等。3）按輸出電壓相數(shù)分類：單相、三相、多相；1 逆變器的分類逆變器的分類4）按輸出電壓波形分類：方波 、修正正弦波、 正 弦波。1 逆變器的分類逆變器的分類電路優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點功率范圍功率范圍正激正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W幾kW反激反激電路非常簡單，成本很低，可靠性

4、高，驅(qū)動電路簡單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W幾十W全橋全橋變壓器雙向勵磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路幾百W幾百kW半橋半橋變壓器雙向勵磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動電路幾百W幾kW推挽推挽變壓器雙向勵磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動簡單有偏磁問題幾百W幾kW5）按電路結(jié)構(gòu)分類：單端式、推挽式、半橋式、全橋式1 逆變器的分類逆變器的分類6）按輸入直流電源類型分類電壓型：直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動；輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)

5、載阻抗不同而不同；電流型：直流側(cè)為電流源或串聯(lián)大電感，直流側(cè)電流基本無脈動；交流輸出電流為矩形波，輸出電壓因負(fù)載不同而不同；7）按輸入與輸出的電氣隔離分類：非隔離型、 工頻隔離、高頻隔離。1 逆變器的分類逆變器的分類交流濾波電感交流濾波電感交流濾波電容交流濾波電容負(fù)載負(fù)載輸入直輸入直流電壓流電壓功率開關(guān)器件功率開關(guān)器件直流平波電容直流平波電容工頻隔離變壓器工頻隔離變壓器1 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路 上圖中S1與S2、S3與S4由兩對互補(bǔ)的信號控制，防止同一橋壁上的兩個開關(guān)管直通，造成電源短路而燒毀功率器件。 當(dāng)負(fù)載為純阻性負(fù)載時，負(fù)載uo和io的波形與相位相同；當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時，io

6、相位滯后于uo，波形也不同。 1 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路 當(dāng)S1與S4導(dǎo)通時，負(fù)載上得到的是上正下負(fù)的電壓 當(dāng)S2與S3導(dǎo)通時，負(fù)載上得到的是上負(fù)下正的電壓1 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路T0T/2T/ 2 T1T 1 TT T2T1T2系統(tǒng)在一個開關(guān)周期狀態(tài)下的電壓電流分析：1 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路 PWM (Pulse Width Modulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。 PWM技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提高，現(xiàn)在使用的各種逆變電路都采用了PWM技術(shù)。1 PWM控制

7、技術(shù)控制技術(shù)PWM重要理論基礎(chǔ)面積等效原理沖量沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同效果基本相同。沖量沖量窄脈沖的面積效果基本相同效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同1 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波Ou tOu tOu t1 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)-U dU dO tU d 對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波如下（單極性調(diào)制）：1 PWM控制技術(shù)控制技術(shù) 采用上述調(diào)制方式的PWM稱為SPWM波，通過其控制功率器件，使得輸出的波形經(jīng)過濾波后為正弦波。SPWM波的調(diào)制方式還存在

8、下面這種方式（雙極性調(diào)制）：O-U dU dwt1 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud1 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)0 輸出電壓控制輸出電壓控制0 諧波含量（諧波含量（THD）抑制）抑制0 提高系統(tǒng)效率提高系統(tǒng)效率0 抗沖擊負(fù)載能力抗沖擊負(fù)載能力0 抗三相負(fù)載不平衡能力抗三相負(fù)載不平衡能力0 系統(tǒng)保護(hù)措施系統(tǒng)保護(hù)措施1 輸出電壓控制：輸出電壓控制： 離網(wǎng)逆變器為負(fù)載提供電源，其輸出電壓需嚴(yán)格滿足負(fù)載需求。因此，對逆變器輸出電壓的控制是離網(wǎng)型控制器的首要功能，主要包括電壓有

9、效值和頻率控制。通過對SPWM波調(diào)制比的實時控制即可保障輸出電壓穩(wěn)定在額定值，對載波比控制即可保障輸出頻率穩(wěn)定在額定值。1 諧波含量（諧波含量（THD）抑制）抑制 保障逆變器輸出電壓在額定負(fù)載范圍內(nèi)的諧波含量滿足國標(biāo)要求(= 0.85 l 測試結(jié)果測試結(jié)果10%負(fù)載 PF 0.95 50%負(fù)載 PF 0.9870%負(fù)載 PF 0.99 100%負(fù)載 PF = 11并網(wǎng)功率因數(shù)（并網(wǎng)功率因數(shù)（PF）控制）控制陣列輸出曲線：輸出功率隨溫度、日照變化而變化1光伏陣列的最大功率跟蹤（光伏陣列的最大功率跟蹤（MPPT）1光伏陣列的最大功率跟蹤（光伏陣列的最大功率跟蹤（MPPT）l擾動觀察法l 增量電導(dǎo)法

10、/()/dP dUd IUdUIUdI dU增量電導(dǎo)法，可以更好的適應(yīng)天氣的快速變化增量電導(dǎo)法，可以更好的適應(yīng)天氣的快速變化1光伏陣列的最大功率跟蹤（光伏陣列的最大功率跟蹤（MPPT）l 電流波形畸變可能原因分析 AD采樣的偏移和非線性誤差 開關(guān)死區(qū)的影響 驅(qū)動電路的窄脈沖抑制作用l 諧波抑制策略諧波抑制策略 采用高等級的傳感器和采用高等級的傳感器和AD AD ，并對，并對ADAD進(jìn)行線性校準(zhǔn)進(jìn)行線性校準(zhǔn) 基于直接脈沖補(bǔ)償?shù)拈_關(guān)死區(qū)效應(yīng)抑制策略基于直接脈沖補(bǔ)償?shù)拈_關(guān)死區(qū)效應(yīng)抑制策略 驅(qū)動窄脈沖的合并輸出驅(qū)動窄脈沖的合并輸出1并網(wǎng)電流的波形畸變分析與諧波抑制并網(wǎng)電流的波形畸變分析與諧波抑制并網(wǎng)電

11、流波形畸變測試結(jié)果補(bǔ)償前：THD=8.95%補(bǔ)償后：THD=2.85%1并網(wǎng)電流的波形畸變分析與諧波抑制并網(wǎng)電流的波形畸變分析與諧波抑制并網(wǎng)電流波形畸變測試結(jié)果Idc = 0.2AP=29.35kWIthd 3%PF = 11并網(wǎng)電流的波形畸變分析與諧波抑制并網(wǎng)電流的波形畸變分析與諧波抑制樣機(jī)采用：被動電網(wǎng)頻率和相位檢測樣機(jī)采用：被動電網(wǎng)頻率和相位檢測 + + 主動電網(wǎng)頻率偏移主動電網(wǎng)頻率偏移1反孤島效應(yīng)反孤島效應(yīng) 防護(hù)防護(hù)l 被動式孤島效應(yīng)檢測被動檢測電網(wǎng)電壓、頻率、相位等信息，根據(jù)檢測量的突變或異常情況，判斷孤島是否發(fā)生； 當(dāng)逆變器輸出與負(fù)載匹配時，被動式檢測失效。l 主動式孤島效應(yīng)檢測主動式檢測是指對系統(tǒng)的輸出并網(wǎng)電流、有功功率、頻率或相位加上周期性的擾動，并定時檢測電網(wǎng)相應(yīng)參數(shù)是否受到擾動的影響，以此為據(jù)判斷是否有孤島效應(yīng)發(fā)生。 采用：被動電網(wǎng)頻率和相位檢測采用：被動電網(wǎng)頻率和相位檢測 + + 主動電網(wǎng)頻率偏移主動電網(wǎng)頻率偏移1反孤島效應(yīng)反孤島效應(yīng) 防護(hù)防護(hù) 反孤島測試結(jié)果（Load = 100% ）電網(wǎng)電壓200V/div 逆變電壓500V/div 并網(wǎng)電流200A/div測試結(jié)果：負(fù)載測試結(jié)果：負(fù)載100%100%匹配，平均斷開