簡(jiǎn)述光伏并網(wǎng)逆變器

摘要：逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中是將光伏組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電的轉(zhuǎn)換裝置，本文以皮山光伏電站特變TC500KH逆變器為例，先對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了概述，再對(duì)逆變器各元器件進(jìn)行了介紹，結(jié)合MATLAB/simulink對(duì)三相全橋逆變過(guò)程進(jìn)行了闡述，總結(jié)了光伏并網(wǎng)逆變器常見(jiàn)的故障及處理方式，以及如何開(kāi)展后期的檢查巡視做出了建議，也對(duì)未來(lái)的光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了展望。

一、光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、匯流箱、并網(wǎng)逆變器、升壓變壓器等組成。如下圖1所示為光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)鋱D，光伏組件將太陽(yáng)釋放的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流的電能，再經(jīng)過(guò)匯流箱把光伏陣列送入的電能進(jìn)行匯流，然后通過(guò)并網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、相位幅值可控的正弦波電流，最后通過(guò)變壓器匹配電網(wǎng)電壓饋入電網(wǎng)。

圖1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

如圖2所示為皮山光伏電站TC500KH型并網(wǎng)逆變器的主電路結(jié)構(gòu)，該逆變器通過(guò)三個(gè)全橋變換器將光伏陣列輸入的直流電變換為交流電，并通過(guò)濾波器濾波成正弦波電流，然后進(jìn)行變壓器升壓上網(wǎng)。

圖2 光伏并網(wǎng)逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可將發(fā)出的電力直接送入公共電網(wǎng)，也可以就近送入到用戶的供用電系統(tǒng)，由用戶部分直接消納，用電不足時(shí)可由公共電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充。

二、500KW光伏并網(wǎng)逆變器的介紹

并網(wǎng)光伏逆變器的構(gòu)成部分是功率調(diào)節(jié)、交流逆變、并網(wǎng)保護(hù)等，經(jīng)過(guò)逆變器把直流電逆變?yōu)榻涣麟姡賹㈦娔茌斔偷阶儔浩鞯仍O(shè)備進(jìn)行上網(wǎng)，也就是俗稱的賣電。當(dāng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)因天氣等原因造成發(fā)電不足或者自身用電量偏大時(shí)，將由公共電網(wǎng)向用戶負(fù)載進(jìn)行供電，也就是所謂的買電。并網(wǎng)光伏逆變器是“日發(fā)夜用”的特性，可對(duì)公共電網(wǎng)進(jìn)行峰谷調(diào)節(jié)，為公共電網(wǎng)提高了供電的穩(wěn)定性和可靠性。

2.1名詞解釋

（1）逆變：將直流電能變換為交流電能的過(guò)程稱為逆變；

（2）最大功率點(diǎn)的追蹤（MPPT）：MPPT實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自尋優(yōu)過(guò)程，即通過(guò)控制陣列端電壓，使陣列能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能化地輸出最大功率。太陽(yáng)能電池陣列的開(kāi)路電壓和短路電流在很大程度上受日照強(qiáng)度和溫度的影響。因此，太陽(yáng)能電池陣列必須實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的追蹤，以便陣列在當(dāng)前日照下不斷獲得最大功率的輸出。

（3）總諧波畸變（THD）：THD是Total Harmonic Distortion 的縮寫(xiě)，THD表示電流諧波總畸變率。其中為總諧波電流的有效值。為基波電流有效值。其定義為：

THD反映了光伏并網(wǎng)逆變器輸出交流電的干凈程度。其THD越小越好（根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求：500KTL的額定負(fù)載電流THD<3% ）

（4）逆變器的損耗:逆變器的損耗等于IGBT的損耗+電抗器損耗+散熱系統(tǒng)損耗+控制系統(tǒng)損耗

（5）低電壓穿越：逆變器交流側(cè)電壓跌至0時(shí)，逆變器能夠保證不間斷并網(wǎng)運(yùn)行0.15S后恢復(fù)至標(biāo)稱電壓的20%；整個(gè)跌落時(shí)間持續(xù)0.625S后逆變器交流側(cè)電壓開(kāi)始恢復(fù)，并且電壓在發(fā)生跌落后2S內(nèi)能夠恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的90%時(shí)，逆變器能夠保持不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。

（6）孤島保護(hù)：所謂孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)的部分線路因故障或維修而停電時(shí)，停電線路由所連的并網(wǎng)發(fā)電裝置繼續(xù)供電，并連同周圍負(fù)載構(gòu)成一個(gè)自給供電的孤島現(xiàn)象。根據(jù)鑒衡標(biāo)準(zhǔn)，若逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷，逆變器應(yīng)在2S內(nèi)停止向電網(wǎng)供電，同時(shí)發(fā)出警示信號(hào)。

2.2 500KW光伏并網(wǎng)逆變器參數(shù)

關(guān)于500KW光伏并網(wǎng)逆變器的參數(shù)如表1所示。

表1 伏并網(wǎng)逆變器參數(shù)

三、光伏并網(wǎng)逆變器元器件的介紹

TC500KH型逆變器整體可以分為兩大部分：直流側(cè)和交流測(cè)。其逆變環(huán)節(jié)采用三相全橋逆變，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 三相全橋逆變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該電路由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管和6個(gè)續(xù)流二極管以及帶中性點(diǎn)的直流電源組成。每個(gè)橋臂導(dǎo)通方式為180°，同一相（即同一半橋）上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差120°，任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。每次換流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，也被稱為縱向換流。

圖4 三相全橋逆變電路的工作波形

3.1直流斷路器

TC500KH逆變器可接入8臺(tái)匯流箱，則對(duì)應(yīng)的直流側(cè)有8臺(tái)斷路器，如圖5所示，其型號(hào)為T(mén)maxTs3L 250,為滿足直流電網(wǎng)保護(hù)分?jǐn)鄷r(shí)所需的較高分?jǐn)嗄芰蜏缁√匦裕琓max塑殼斷路品采用先進(jìn)的“磁吹弧”技術(shù)，利用獨(dú)特的觸頭設(shè)計(jì)，使電弧在磁場(chǎng)的作用下被“吹”進(jìn)滅弧室。滅弧柵片采用窄縫設(shè)計(jì)，減少了電弧進(jìn)入滅弧室的阻力并拉長(zhǎng)了電弧，增加了電弧與柵片的接觸面積，加速了電弧的冷卻，當(dāng)觸頭開(kāi)始拉弧時(shí)，高溫的電弧使特殊的滅弧室材料表面瞬間氣化，在滅弧室內(nèi)產(chǎn)生高壓氣體，高壓氣體從出口高速噴出，同時(shí)帶動(dòng)電弧快速進(jìn)入滅弧室，加速直流的滅弧。

圖5 直流斷路器

3.2功率模塊單元的主要元器件

（1）直流母線支撐電容：如圖6所示，直流母線電容吸收逆變單元向直流側(cè)索取的高幅值脈動(dòng)電流，使直流電壓波動(dòng)保持在允許的范圍內(nèi)。

圖6 直流母線支撐電容