通常來說將交流電能轉(zhuǎn)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(shè)備或整流器,與之對應(yīng)的將直流轉(zhuǎn)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(shè)備或逆變器。光伏逆變器將光伏組件所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變成正弦波電流,接入負(fù)載或者并入到電網(wǎng)中,是光伏系統(tǒng)中核心器件。
關(guān)逆變器分類的方法很多,例如:根據(jù)逆變器輸出交流電壓的相數(shù),可分為單相逆變器和三相逆變器;根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型的不同,又可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器及可關(guān)斷晶閘管逆變器等。根據(jù)逆變器線路原理的不同,還可分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加型逆變器和脈寬調(diào)制型逆變器等。根據(jù)應(yīng)用在并網(wǎng)系統(tǒng)還是離網(wǎng)系統(tǒng)中又可以分為并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器。為了便于光電用戶選用逆變器,這里僅以逆變器適用場合的不同進(jìn)行分類并予以介紹。
一、集中式逆變器
集中式逆變器顧名思義是將光伏組件產(chǎn)生的直流電匯總轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姾筮M(jìn)行升壓、并網(wǎng)。因此,逆變器的功率都相對較大。光伏電站中一般采用500kW以上的集中式逆變器。
(一)集中式逆變器的優(yōu)點如下:
1.功率大,數(shù)量少,便于管理;元器件少,穩(wěn)定性好,便于維護(hù);
2.諧波含量少,電能質(zhì)量高;保護(hù)功能齊全,安全性高;
3.有功率因素調(diào)節(jié)功能和低電壓穿越功能,電網(wǎng)調(diào)節(jié)性好。
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1.集中式逆變器MPPT電壓范圍較窄,不能監(jiān)控到每一路組件的運行情況,因此不可能使每一路組件都處于最佳工作點,組件配置不靈活;
2.集中式逆變器占地面積大,需要專用的機(jī)房,安裝不靈活;
3.自身耗電以及機(jī)房通風(fēng)散熱耗電量大。
二、組串式逆變器
組串式逆變器顧名思義是將光伏組件產(chǎn)生的直流電直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妳R總后升壓、并網(wǎng)。因此,逆變器的功率都相對較小。光伏電站中一般采用50kW以下的組串式逆變器。
?。ㄒ唬┙M串式逆變器優(yōu)點:
1.不受組串間模塊差異,和陰影遮擋的影響,同時減少光伏電池組件最佳工作點與逆變器不匹配的情況,最大程度增加了發(fā)電量;
2.MPPT電壓范圍寬,組件配置更加靈活;在陰雨天,霧氣多的部區(qū),發(fā)電時間長;
3.體積較小,占地面積小,無需專用機(jī)房,安裝靈活;
4.自耗電低、故障影響小。
(二)組串式逆變器存在問題:
1.功率器件電氣間隙小,不適合高海拔地區(qū);元器件較多,集成在一起,穩(wěn)定性稍差;
2.戶外型安裝,風(fēng)吹日曬很容易導(dǎo)致外殼和散熱片老化;
3.逆變器數(shù)量多,總故障率會升高,系統(tǒng)監(jiān)控難度大;
4.不帶隔離變壓器設(shè)計,電氣安全性稍差,不適合薄膜組件負(fù)極接地系統(tǒng)。
三、集散式逆變器
集散式逆變器是近兩年來新提出的一種逆變器形式,其主要特點是“集中逆變”和“分散MPPT跟蹤”。集散式逆變器是聚集了集中式逆變器和組串式逆變器兩種逆變器優(yōu)點的產(chǎn)物,達(dá)到了“集中式逆變器的低成本,組串式逆變器的高發(fā)電量”。
?。ㄒ唬┘⑹侥孀兤鲀?yōu)點:
1.與集中式對比,“分散MPPT跟蹤”減小了失配的幾率,提升了發(fā)電量;
2.與集中式及組串式對比,集散式逆變器具有升壓功能,降低了線損;
3.與組串式對比,“集中逆變”在建設(shè)成本方面更具優(yōu)勢。
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1.工程經(jīng)驗少。較前兩類而言,尚屬新形式,在工程項目方面的應(yīng)用相對較少;
2.安全性、穩(wěn)定性以及高發(fā)電量等特性還需要經(jīng)歷工程項目的檢驗;
3.因為采用“集中逆變”,因此,占地面積大,需專用機(jī)房的缺點也存在于集散式逆變器中。
光伏逆變器功能
逆變器不僅具有直交流變換功能,還具有最大限度地發(fā)揮太陽電池性能的功能和系統(tǒng)故障保護(hù)功能。歸納起來有自動運行和停機(jī)功能、最大功率跟蹤控制功能、防單獨運行功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)、自動電壓調(diào)整功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)、直流檢測功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)、直流接地檢測功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)。
1、自動運行和停機(jī)功能
早晨日出后,太陽輻射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),太陽電池的輸出也隨之增大,當(dāng)達(dá)到逆變器工作所需的輸出功率后,逆變器即自動開始運行。進(jìn)入運行后,逆變器便時時刻刻監(jiān)視太陽電池組件的輸出,只要太陽電池組件的輸出功率大于逆變器工作所需的輸出功率,逆變器就持續(xù)運行;直到日落停機(jī),即使陰雨天逆變器也能運行。當(dāng)太陽電池組件輸出變小,逆變器輸出接近0時,逆變器便形成待機(jī)狀態(tài)。
2、最大功率跟蹤控制功能
太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強(qiáng)度和太陽電池組件自身溫度(芯片溫度)而變化的。另外由于太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特性,因此存在能獲取最大功率的最佳工作點。太陽輻射強(qiáng)度是變化著的,顯然最佳工作點也是在變化的。相對于這些變化,始終讓太陽電池組件的工作點處于最大功率點,系統(tǒng)始終從太陽電池組件獲取最大功率輸出,這種控制就是最大功率跟蹤控制。太陽能發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器的最大特點就是包括了最大功率點跟蹤(MPPT)這一功能。
3、電網(wǎng)檢測及并網(wǎng)功能
并網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)發(fā)電之前,需要從電網(wǎng)上取電,檢測電網(wǎng)送電的電壓、頻率、相序等等參數(shù),然后調(diào)整自身發(fā)電的參數(shù),與電網(wǎng)電參數(shù)同步一致,完成之后才會并網(wǎng)發(fā)電。
4、零(低)電壓穿越功能
當(dāng)電力系統(tǒng)事故或擾動,引起光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓出現(xiàn)電壓暫降,在一定的電壓跌落范圍內(nèi)和時間間隔內(nèi),光伏發(fā)電站能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。
5、孤島效應(yīng)的檢測及控制
在正常發(fā)電時,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)連接在大電網(wǎng)上,向電網(wǎng)輸送有功功率,但是,當(dāng)電網(wǎng)失電時,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可能還在持續(xù)工作,并和本地負(fù)載處于獨立運行狀態(tài),這種現(xiàn)象被稱為孤島效應(yīng)。逆變器出現(xiàn)孤島效應(yīng)時,會對人身安全,電網(wǎng)運行,逆變器本身造成極大的安全隱患,因此逆變器入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,光伏并網(wǎng)逆變器必須有孤島效應(yīng)的檢測及控制功能。
孤島效應(yīng)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(wǎng)逆變器輸出端電壓和電流的幅值,逆變器不向電網(wǎng)加干擾信號,通過檢測電流相位偏移和頻率等參數(shù)是否超過規(guī)定值,來判斷電網(wǎng)是否停電;這種方式不為造成電網(wǎng)污染,也不會有能量損耗;而主動式檢測是指并網(wǎng)逆變器主動、定時地對電網(wǎng)施加一些干擾信號,如頻率移動和相位移動,由于電網(wǎng)可以看成是一個無窮大的電壓源,有電網(wǎng)時這些干擾信號就會被電網(wǎng)吸收,電網(wǎng)如果發(fā)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(biāo),由此可以判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。
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