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光伏发电基础知识全面详解(五)

返回列表 来源: 发布日期: 2022.08.05 浏览次数:

直流——交流逆变器

逆变器的功能

逆变器是电力电子技术的-一个重要应用方面。电力电子技术是电力、电子、 自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合技术。
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众所周知,整流器的功能是将50HZ的交流电整流成为直流电。而逆变器与 整流器恰好相反,它的功能是将直流电转换为交流电。这种对应于整流的逆向过 程,被称之为“逆变”。太阳能电池在阳光照射下产生直流电,然而以直流电形 式供电的系统有很大的局限性。例如,日光灯、电视机、电冰箱、电风扇等均不 能直接用直流电源供电,绝大多数动力机械也是如此。此外,当供电系统需要升 高电压或降低电压时,交流系统只需加一个变压器即可,而在直流系统中升降压 技术与装置则要复杂得多。因此,除特殊用户外,在光伏发电系统中都需要配备 逆变器。逆变器还具备有自动调压或手动调压功能,可改善光伏发电系统的供电 质量。综上所述,逆变器已成为光伏发电系统中不可缺少的重要配套设备。

目前我国光伏发电系统主要是直流系统,即将太阳电池发出的电能给蓄电池 充电,而蓄电池直接给负载供电,如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系 统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单,成本低廉, 但由于负载直流电压的不同(如1 2 V、2 4 V、4 8 V等),很难实现系统的 标准化和兼容性,特别是民用电力,由于大多为交流负载,以直流电力供电的光 伏电源很难作为商品进入市场。另外,光伏发电最终将实现并网运行,这就必须采用交流系统。随着我国光伏发电市场的日趋成熟,今后交流光伏发电系统必将 成为光伏发电的主流。

光伏发电系统对逆变器的技术要求

采用交流电力输出的光伏发电系统,由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变器,四部分组成,而逆变器是其中关键部件。光伏发电系统对逆变器的技术要求如下:

(1) 要求具有较高的逆变效率。由于目前太阳电池的价格偏高,为了最大限度地利用太阳电池,提高系统效率,必须设法提高逆变器的效率。

(2) 要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区,许多电站 无人值守和维护,这就要求逆变器具有合理的电路结构,严格的元器件筛选,并 要求逆变器具备各种保护功能,如输入直流极性接反保护,交流输出短路保护, 过热、过载保护等。

(3) 要求直流输入电压有较宽的适应范围。由于太阳电池的端电压随负载和日 照强度而变化,蓄电池虽然对太阳电池的电压具有钳位作用,但由于蓄电池的电 压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动,特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大,如1 2 V蓄电池,其端电压可在1 0 V〜1 6 V之间变化,这就要 求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作,并保证交流输出电压 的稳定。

(4 )在中、大容量的光伏发电系统中,逆变器的输出应为失真度较小的正弦波。 这是由于在中、大容量系统中,若偶用方波供电,则输出将含有较多的谐波分量, 高次谐波将产生附加损耗,许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备,这些设 备对供电品质有较高的要求。另外,当中、大容量的光伏发电系统并网运行时, 为避免对公共电网的电力污染,也要求逆变器输出失真度满足要求的正弦波形。

逆变器的主要技术性能指标

⑴额定输出电压:

在规定的输入直流电压允许的波动范围内,它表示逆变器应能输出的额定电压值。对输出额定电压值的稳定精度有如下规定:

① 在稳态运行时,电压波动范围应有一个限定,例如,其偏差不超过额定值的 ±3% 或 ±5%。

② 在负载突变(额定负载的0% 50% 100%)或有其它干扰因素影响动态情况下,其输出电压偏差不应超过额定值的±8%或±10%

⑵逆变器应具有足够的额定输出容量和过载能力:

逆变器的选用,首先要考虑具有足够的额定容量,以满足最大负荷下设备 对电功率的需求。额定输出容量表征逆变器向负载供电的能力。额定输出容量值 高的逆变器可带更多的用电负载。但当逆变器的负载不是纯阻性时,也就是输出 功率因数小于1时,逆变器的负载能力将小于所给出的额定输出容量值。

⑶输出电压稳定度:

在独立光伏发电系统中均以蓄电池为储能设备。当标称电压为12V的蓄电 池处于浮充电状态时,端电压可达13.5V,短时间过充状态可达15V。蓄电池带 负荷放电终了时端电压可降至10.5V或更低。蓄电池端电压的起伏可达标称电压的30%左右。这就要求逆变器具有较好的调压性能,才能保证光伏发电系统 以稳定的交流电压供电。

输出电压稳定度表征逆变器输出电压的稳压能力。多数逆变器产品给出的 是输入直流电压在允许波动范围内该逆变器输出电压的偏差百分数,通常称为电 压调整率。高性能的逆变器应同时给出当负载由0%-100%变化时,该逆变器 输出电压的偏差百分数,通常称为负载调整率。性能良好的逆变器的电压调整率应≤±3%,负载调整率应≤±6%。

⑷输出电压的波形失真度:

当逆变器输出电压为正弦波时,应规定允许的最大波形失真度(或谐波含 量)。通常以输出电压的总波形失真度表示,其值不应超过5%。

⑸额定输出频率:

逆变器输出交流电压的频率应是一个相对稳定的值,通常为工频50Hzo正 常工作条件下其偏差应在± 1 %以内。

⑹负载功率因数:

“负载功率因数”表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。在正弦波条 件下,负载功率因数为0.7—0.9(滞后),额定值为0.9。

⑺额定输出电流(或额定输出容量):

它表示在规定的负载功率因数范围内,逆变器的额定输出电流。有些逆变 器产品给出的是额定输出容量,其单位以VA或kVA表示。逆变器的额定容量是 当输出功率因数为1 (即纯阻性负载)时,额定输出电压与额定输出电流的乘积。

⑻额定逆变输出效率:

整机逆变效率高是光伏发电用逆变器区别于通用型逆变器的一个显著特 点。10千瓦级的通用型逆变器实际效率只有70%—80%,将其用于光伏发电系 统时将带来总发电量20%~30% 的电能损耗。光伏发电系统专用逆变器,在设 计中应特别注意减少自身功率损耗,提高整机效率。这是提高光伏发电系统技术 经济指标的-项重要措施。在整机效率方面对光伏发电专用逆变器的要求是:千 瓦级以下逆变器额定负荷效率。80%—85%,低负荷效率\65%—75%; 10千 瓦级逆变器额定负荷效率385%—90%,低负荷效率>70%—80%。

逆变器的效率值表征自身功率损耗的大小,通常以百分数表示。容量较大 的逆变器还应给出满负荷效率值和低负荷效率值。千瓦级以下的逆变器效率应为 80%—85%, 10千瓦级的逆变器效率应为85%—90%。逆变器效率的高低对光 伏发电系统提高有效发电量和降低发电成本有着重要影响。

⑼保护功能:

光伏发电系统正常运行过程中,因负载故障、人员误操作及外界干扰等原 因而引起的供电系统过流或短路,是完全可能的。逆变器对外部电路的过电流及 短路现象最为敏感,是光伏发电系统中的薄弱环节。因此,在选用逆变器时,必 须要求具有良好的对过电流及短路的自我保护功能。这是目前提高光伏发电系统 町靠性的关键所在。

① 过电压保护:对于没有电压稳定措施的逆变器,应有输出过电压的防护措施, 以使负载免受输出过电压的损害。

② 过电流保护:逆变器的过电流保护,应能保证在负载发生短路或电流超过允 许值时及时动作,使其免受浪涌电流的损伤。

(10)起动特性:

它表征逆变器带负载起动的能力和动态工作时的性能。逆变器应保证在额 定负载下可靠起动。高性能的逆变器可做到连续多次满负荷起动而不损坏功率器 件。小型逆变器为了自身安全,有时釆用软起动或限流起动。

01)噪声:

电力电子设备屮的变压器、滤波电感、电磁开关及风扇等部件均会产生噪 声。逆变器正常运行时,其噪声应不超过65dBo

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