光伏逆變器的功能與分類

2017-10-25 10:50:58 泓達光伏　點擊量：評論 (0)

通常來說將交流電能轉化為直流電能的過程稱為整流，把整流功能的電路稱為整流電路，把實際整流過程的裝置稱為整流設備或整流器，與之對應的將直流轉換為交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為

通常來說將交流電能轉化為直流電能的過程稱為整流，把整流功能的電路稱為整流電路，把實際整流過程的裝置稱為整流設備或整流器，與之對應的將直流轉換為交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實際逆變過程的裝置稱為逆變設備或逆變器。光伏逆變器將光伏組件所發出的直流電轉變成正弦波電流，接入負載或者并入到電網中，是光伏系統中核心器件。

　　光伏逆變器的種類與主要功能

　　光伏逆變器按用途分為并網逆變器，離網逆變器，微網儲能逆變器三大類，并網逆變器按照功率和用途可分為微型逆變器、組串式逆變器、集中式逆變器、集散式逆變器四大類，微型逆變器，又稱組件逆變器，功率等級為180W到1000W，適用于小型發電系統；組串型逆變器，功率在1kW到10kW的單相逆變器，適用于戶用發電系統，并網電壓為220V,4kW到80kW三相逆變器，適用于工商業發電系統，并網電壓為三相380V,。集中式逆變器和集散式逆變器，功率從500kW到1500KW，一般用在大型地面電站。

　　《一》并網逆變器

　　并網逆變器是連接光伏陣列和電網的關鍵部件，除了把組件發出來的直流電變成電網能接收的交流電外，還有以下特殊功能：

　　1）最大功率追蹤MPPT功能

　　當日照強度和環境溫度變化時，光伏組件輸入功率呈現非線性變化，如圖所示，從圖上看出：光伏組件既不是恒壓源，也不是恒流源，它的功率隨著輸出電壓改變而改變，和負載沒有關系。它的輸出電流隨著電壓升高一開始是一條水平線，到達一定功率時，隨著電壓升高而降低，當到達組件開路電壓時，電流下降到零。

　　光伏組件的輸出功率受日照強度、環境溫度等因素的影響。當光照強度減小時，光伏組件的開路電壓降低，短路電流減小，最大輸出功率減小；當光伏組件溫度下降時，組件的短路電流減小，但組件的開路電壓升高，最大輸出功率增加；在組件溫度和日照強度一定的情況下，同一塊組件只有唯一的最大功率輸出點，MPPT功能就是最大功率跟蹤功能，通過調整直流電壓和輸出電流，使太陽能組件始終工作在最大工作點，輸出當前溫度和日照條件下的最大功率。

　　常見的最大功率跟蹤控制方法主要有：定電壓跟蹤法（CVT），將光伏組件的端電壓固定在某一個固定值，特點是控制簡單，穩定性好；功率計算法，電流尋優法，擾動觀察法，增量電導法等經典控制算法以及最優梯度法、模糊邏輯控制法等、神經元網絡控制法等現代控制算法。

　　2）孤島效應的檢測及控制

　　在正常發電時，光伏并網發電系統連接在大電網上，向電網輸送有功功率，但是，當電網失電時，光伏并網發電系統可能還在持續工作，并和本地負載處于獨立運行狀態，這種現象被稱為孤島效應。逆變器出現孤島效應時，會對人身安全，電網運行，逆變器本身造成極大的安全隱患，因此逆變器入網標準規定，光伏并網逆變器必須有孤島效應的檢測及控制功能。

　　孤島效應的檢測方法有被動式檢測和主動式檢測，被動式檢測方法檢測并網逆變器輸出端電壓和電流的幅值，逆變器不向電網加干擾信號，通過檢測電流相位偏移和頻率等參數是否超過規定值，來判斷電網是否停電；這種方式不為造成電網污染，也不會有能量損耗；而主動式檢測是指并網逆變器主動、定時地對電網施加一些干擾信號，如頻率移動和相位移動，由于電網可以看成是一個無窮大的電壓源，有電網時這些干擾信號就會被電網吸收，電網如果發生停電，這些干擾信號就會形成正反饋，最終會形成頻率或電壓超標，由此可以判斷是否發生了孤島效應。

　　3）電網檢測及并網功能

　　并網逆變器在并網發電之前，需要從電網上取電，檢測電網送電的電壓、頻率、相序等等參數，然后調整自身發電的參數，與電網電參數同步一致，完成之后才會并網發電。

　　4）零（低）電壓穿越功能

　　當電力系統事故或擾動，引起光伏發電站并網點電壓出現電壓暫降，在一定的電壓跌落范圍內和時間間隔內，光伏發電站能夠保證不脫網連續運行。

　　《二》離網逆變器

　　并網逆變器將能量直接送到電網上，所以要跟蹤電網的頻率、相位，相當于一個電流源。離網逆變器相當于自己建立起一個獨立的小電網，主要是控制自己的電壓，就是一個電壓源。并網逆變器不需要儲能，但能量不可調控，光伏發多少就往網上送多少，根本就不管人家要不要，電網很不喜歡。離網一般需要儲能，并不往網上送能量，電網無權干涉。

　　離網逆變器離開電網后可獨立工作，相當于一個獨立的小電網，主要是控制自己的電壓，就是一個電壓源。可帶阻容性及電機感性等負載，應變快抗干擾，適應性及實用性強，是停電應急電源和戶外供電首選電源產品。

　　光伏離網逆變器適用電力系統，通訊系統、鐵路系統、航運、醫院、商場、學校，戶外等場所，可以接入市電對蓄電池補充充電，可以設置成風光電優先市電后備，或者市電優先風光電后備。

　　離網逆變器一般都需要接蓄電池，因為光伏發電不穩定，而負載也不穩定，需要蓄電池來平衡能量，當光伏發電大于負載時，多余的能量給蓄電池充電，當光伏發電小于負載時，不足的能量由蓄電池提供。

　　太陽能泵水逆變器，是一個特殊的離網逆變器，不需要接蓄電池，直接從太陽能板獲得直流電源，轉化成交流電供給水泵泵水。根據太陽光的強度，調整輸出頻率的實時性而得到最大功率點跟蹤（MPPT）和最大限度地利用太陽能，相當于一個逆變器和變頻器的組合體，因結構簡單。操作方便，廣泛應用于無電地區引水工程，農業灌溉，景觀灌溉。

　　《三》微網儲能逆變器

　　大部分國家電網規定，光伏等分布式發電比例，不能超過電網的10%，超過了就要加入儲能系統，光伏系統并網發電時如果不采用儲能系統，光伏系統會對電網帶來了一些不良的影響，并且，隨著光伏發電系統規模的不斷擴大以及光伏電源在系統中所占比例的不斷增加，這些影響變得不可忽視。

　　（1）對線路潮流的影響。未接入光伏并網發電系統的時候，電網支路潮流一般是單向流動的，并且對于配電網來說隨著距變電站的距離增加有功潮流單調減少。然而，當光伏電源接入電網后，從根本上改變了系統潮流的模式且潮流變得無法預測。這種潮流的改變使得電壓調整很難維持，甚至導致配電網的電壓調整設備出現異常響應，

　　（2）對系統保護的影響。當光照良好，光伏并網電站輸出功率較大時，短路電流將會增大，可能會導致過流保護配合失誤，而且過大的短路電流還會影響熔斷器的正常工作。此外，對于配電網來說未接入光伏發電系統之前支路潮流一般是單向的，其保護不具有方向性，而接入光伏發電系統以后該配電網變成了多源網絡，網絡潮流的流向具有不確定性。因此，必須要求增設具有方向性的保護裝置。

　　（3）對電網經濟性運行的影響。由于光伏電源的自身輸出不穩定性，當光伏發電系統并網運行后，系統必須增加相應容量的旋轉備用，以保證系統的調峰、調頻能力，也就是說，光伏并網發電系統向電網供電，降低了機組利用小時數，犧牲了電網的經濟性運行

　　（4）對電能質量的影響。受云層遮擋的影響，光伏電源的發出功率可能在短時間內從100%降到30%以下，或由30%以下增至100%，對于大型光伏并網系統來說，會引起電壓的波動與閃變或頻率波動。此外，由于光伏發電系統所發出的電能為直流電，必須經過逆變裝置接入電網，這一過程必將產生諧波，對電網造成影響。

　　（5）對運行調度的影響。光伏電源的輸出功率直接受天氣變化影響而不可控制，因此，光伏電源的可調度性也受到制約，當某個系統中光伏電源所占到一定比例后，電網運行商應認真考慮如何安全可靠地進行電力調度。另外，光伏電價與常規電價也存在著差異，如何在滿足各種安全約束的條件下對電網進行經濟性調度也將成為一個值得關注的問題。

　　市場調查顯示，隨著光伏裝機量越來越大，各個國家光伏補貼越來越低，而峰谷電價差別則不斷加大，未來光伏逆變器更看重能量存儲，全球近1/3的光伏逆變器廠商期望到2015年所安裝的太陽能系統能源存儲使用可以達到40%以上，能源存儲將成為未來光伏系統一個越來越重要的功能，在未來光伏能量儲存的市場可能會顯著擴大，成為下一代逆變器的主流產品。

　　光伏微網儲能逆變器是最新一代逆變器。可應用于集中式和分布式光伏發電站。光伏微網逆變器集成光伏并網發電，儲能電站的功能，可以克服光伏組件受天氣變化發電不穩定的缺點，為電網提供穩定的和諧波含量非常少的純凈電流，提高了電網的品質；通過波谷儲存電能，波峰輸出電能，電網峰值發電量可大幅削減，電網容量也可大幅增加，提高了電網的利用率；通過比較高的上網電價，以及波峰波谷的差價，為用戶創造價值。

　　光伏微網儲能逆變器具體工作原理

　　（1）白天用電高峰期，在太陽光的照射下，太陽能電池組件產生的直流電流通過控制器傳送到逆變器轉化成交流電，并入電網。

　　（2）晚上用電低谷期，電價比較低時，電網的電能通過逆變器充放電控制器，對蓄電池進行充電儲能；

　　（3）當陽光不足或在夜間非低谷期用電時，蓄電池通過直流控制系統向逆變器送電，經逆變器轉化為交流電供交流負載使用。