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                晋城冰箱价格联盟

                一文看懂光伏逆▓变器工作原理!

                楼主:PV兔子 时间:2021-09-18 06:28:58

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                工作原理及特点


                工作原理:


                逆变装置的核》心,是逆变开◥关电路,简称为逆变电路。该电㊣路通过电力电子开关的导通与关断,来完成逆变的功能。


                特点:

                (1)要求具有较高的效率。

                由于目》前太阳能电池的价格偏高,为了最大限度的利用太阳能电池,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◇伏电站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)要求输入电压有较宽的☆适应范围。


                由于太阳能电池的端电压随负载和日照⌒强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变卐化范围很大,如12V的蓄电池,其端电压可能ξ在10V~16V之间变化,这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。


                光伏逆变器分类


                有关逆变器分类的方法很多,例如:根据逆变器输出交流电∩压的相数,可分为单相逆变器和三〓相逆变器;根据逆变器使用♂的半导体器件类型不同,又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原理的不同,还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和▅脉宽调制型逆变器等。根据应用在并↘网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选⊙用逆变器,这╳里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。


                1、集中型∏逆变器


                集中逆变技术『是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端,一般功率大的使用三相的IGBT功率模块,功率较小的使用场效应晶体管,同时使用DSP转换控制器来∞改善所产出电能的质量,使它非常接近于正弦波电流,一般用于▲大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最〓大特点是系统的功率高,成本低,但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时),采用集中逆变的方式会导致逆变过→程的效率降低和电户能的下▃降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单♀元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调↓制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接,以获得部分负载情况下的高效率。


                2、组串型逆变器


                组串逆变器是基于模块化概念基础上的,每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器Ψ,在直流端具有最大功率峰值跟踪,在交流端并联并〓网,已成为现在国际市场上←最流行的逆变器。


                许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响,同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,从而增加了︽发电量。技术上的这些优势不ξ 仅降低了系统成本,也增加了系统的可靠性。同时,在组●串间引人"主-从"的概念,使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的【情况下,将几组光伏组串联系在一起,让其中一个或几个工作,从而产出更多的电能。


                最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念,使得系统的可靠性¤又进了一步。目前,无变压器式组串逆变器已占了主导地位。


                3、微型逆变器


                在传统的PV系统中,每一路组〒串型逆变器的直流输入端,会由10块左右光伏电池板串联接入。当10块串联的电池板中,若有一块不能良好工作,则这一串都会受到影响。若逆变器◣多路输入使用同一个MPPT,那么各︽路输入也都会受到影响,大幅降低发电效率。在实☆际应用中,云彩,树木,烟囱,动物,灰尘,冰雪等各种〖遮挡因素都会引起上述因素,情况非常普遍。


                而在微型逆变器的PV系统中,每一块电池板分别接入一台微型逆变器,当电池板中有一块不能良好工作,则只有这一块都会受到影响。其他光伏ω板都将在最佳工作状态运行,使得系统总体效率更高,发电量更大∩。在实际应用※中,若组串型逆变器出现故障,则会引起几千瓦的电池板不能发挥作用,而微型逆变器故障造成的影响相当之小。


                4、功率优化器


                太阳能发电系统加装功率优∞化器(OptimizEr)可大幅提升转换▅效率,并将逆变器(Inverter)功能化繁为简降低成ω 本。为实现智慧型太阳能发电系统,装置功率优化器可确实让每一个太阳能电池发挥最佳效能,并随时监控电池耗损状态。功率优化器是介于发电系统与逆变器之间的装置,主要任务是替代逆变器原本※的最佳功率点追踪功能。功率优化器藉由将①线路简化以及单一太阳能电池即对Ψ 应一个功率优化器等方式,以类比式进行极为快速的最◣佳功率点追踪扫描,进而让每一个太阳能电池皆可确实达到最佳功↑率点追踪,除此之外,还能藉置入通讯晶片随时随地监控电池状态,即时回→报问题让相关人员尽速维修。


                光伏▃逆变器的功能


                逆变器不仅具有直】交流变换功能,还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能(并∞网系统用)、自动」电压调整功能(并网系统㊣ 用)、直流※检测功能(并网系统用)、直流接地检测功能(并网系统用)。这里简单介绍自动运行和停机功能及最∑ 大功率跟踪控制功能。


                (1)自动运行和停机功能


                早晨日出↙后,太阳辐射强度逐渐ζ 增强,太阳█电池的输出也随之增大,当达到逆变器工作所需的输出功率后,逆变器即自动开始运行。进入运行后,逆变器便时时刻刻监视太阳电池组件的输出,只要太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输出功率,逆变器就持续△运行;直到日落停机,即使阴雨天逆变器也¤能运行。当太阳电池◇组件输出变小,逆变器输出接近0时,逆变器便形成待机状态。


                (2)最大功率跟踪控制功能


                太阳电池组件的输出是①随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度(芯片温度)而变化的。另外由于太阳◤电池组件具有电压随电流增大︽而下降的特性,因此存在能获取最大功率的最佳工作点。太阳ξ 辐射强度是变化着的,显然最佳工作点也是在变化的。相对于这些变化,始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率点,系统始终从太阳电池组件获取最大功率输出,这种控制就是◣最大功率跟踪控制。太阳能发电系统用的逆变器的最大特点就是包括ω了最大功率点跟踪(MPPT)这一功能。


                光伏¤逆变器的主要技术指标


                1.输出电压的稳定度


                在光伏系统中,太阳电池发出的电能先由蓄电池储存起来,然∴后经过逆变器逆变成220V或380V的交流电。但是蓄电池受自身充放电的影响,其输出电压的变化范围较大①,如标称12V的蓄电池,其电压值可在▅10.8~14.4V之间变动(超出这个范围可能对蓄电池造成损坏)。对⊙于一个合格的逆变器,输入端电压在这个范围内变化时,其稳态输出电压的变化量应不超过额定值的Plusmn;5%,同时当负载发生突变时,其输出电压偏差不应超过额定值的±10%。


                2.输出电压的波形失真度


                对正弦波逆╲变器√,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,其值应不超过5%(单相输出允许l0%)。由于逆变器输出的高次谐波电流会在感性负载上产生涡流※等附加损耗,如果逆变器波形失真度过大,会导致负载部件↑严重发热,不利于电№气设备的安全,并且严重影响系统的运行效率。


                3.额定输出频率


                对于包含电机之类的负载,如洗衣机、电冰箱等,由于其电机最佳频率工作点为50Hz,频率过高或者过低都会造成设备发热,降低系统运行效率和使用寿命,所以逆变器的输出频率应是一个相对稳定▼的值,通常『为工频50Hz,正常工作条件下其偏差应在Plusmn;l%以内。


                4.负载※功率因数


                表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。正弦波逆变器的负载功率因数为0.7~0.9,额定值为0.9。在负载功率一定的情况下,如果逆变〗器的功率因数较低,则所需逆变器的容量就要增大,一方面∑ 造成成本增加,同时光伏系统交流回路的视在功率增大,回路电流增大,损耗必然增加ζ ,系统效率也会降低。


                5.逆变器效率


                逆变器的效率是指在规定的工作条件下,其输出功率与输入功率之☆比,以百分数∏表示,一般】情况下,光伏逆变器的标称效率是指纯阻▼负载,80%负载情况下的效率。由于光伏系统总体成本较々高,因此应该最大限度地提高光伏逆变器的效率,降低系统成本,提高光伏系统的性价比。目前主流逆变器标称效率◎在80%~95%之间,对小功率逆变器要求其效率不低于85%。在光伏系统实际设计过ㄨ程中,不但要选择高效◤率的逆变器,同时还应通过系统合理配置,尽量使光伏系统负载工作在最佳效率点附近。


                6、额定输出电流(或额定输出容量)


                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,额定输出电压为额定输出电流的乘积。


                7、保护措施


                一款性能优良□的逆变器,还应具备完备的保护功能或措施,以应对在实际使用过程中出现的各种异常情况,使逆变器本身及系◤统其他部件免受损伤。


                (1)输入欠压保户:

                当输入ぷ端电压低于额定电压的85%时,逆变①器应有保护和显示。


                (2)输入过压保户:

                当输入端电压高于额定电压的130%时,逆变器应有保护和显示。


                (3)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。当工√作电流超过额定的150%时,逆变器应能自动保护。


                (4)输出◣短路保户

                逆变器短路保护动作时间应不超过0.5s。


                (5)输入反接保护:

                当输入端正、负ㄨ极接反时,逆变器应有防护功能和显示。


                (6)防雷保护:

                逆变器应有防雷保↑护。


                (7)过温保护等


                另外,对无电压稳定措施的逆变器,逆变器还应有输出过电压防护措施,以使负载免受过电压的损害。


                8.起动特性


                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。


                9.噪声


                电力电子设备中的变压器、滤波电感、电磁开关及风扇等部件均会〇产生噪声。逆变器正常运▽行时,其噪声应不超过80dB,小型逆变器的『噪声应不超过65dB。


                选型技巧


                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要求。对于以单一设备为负载的逆变器,其额定容量的〗选取较为简单。


                当用电设备为纯阻性负载或功率因数大于0.9时,选取逆变器的⌒ 额定容量为用电设备容量的1.1~1.15倍即可。同时逆变器还应具有抗容性和感性负载冲击的能力。


                对一般电感性负载,如电机、冰箱、空调、洗衣机、大功率¤水泵等,在起动时,其瞬时功率可能是其额定功率的5~6倍,此时,逆变器将承受很大的瞬时浪涌。针☆对此类系统,逆变器的额定容@量应留有充分的余量,以保证负载△能可靠起动,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,有时需采用软起动或限流起动的方式。


                安装注意事项及维护


                1、在安♀装前首先应该检查逆变器是否在◎运输过程中有无损坏。


                2、在选择安装场地时,应ㄨ该保证周围内没有任何其他电力电∮子设备的干扰。


                3、在进行电气连接之前,务必采用不透光材料将光伏电池板覆盖或断开直流侧断路器◥。暴露于阳光,光伏阵列将会产生】危险电压。


                4、所有安装操作必须且仅♂由专业技术人员完成。


                5、光伏系统发电系统中所使用线缆必须@连接牢固,良好绝缘以及规格合适。


                发展趋势


                对于太阳能逆变◥器来讲,提高电源的转换效率是一个永恒的课题,但是当系统的效率越来越高,几乎接近100%时,进一步的效率改善会伴随着性价比的低下,因此,如何保持一个很高∮的效率,又能维持很好的价格竞◥争力将是当前的重要课题。


                与逆变器效ぷ率的改善努力相比,如何提高整个逆变系统的效率,正逐渐成为太阳能系统的另一个重要课题。在一个太阳能阵列中,当局部的2~3%面积的㊣阴影出现时,对采用一个MPPT功能的█逆变器来讲,此时的系统】输出电力恶劣时甚至会出现20%左右的功率』下降!为了更好地适◣应类似这样的状况针对单一或部分太阳能组件,采用一∩对一的MPPT或多个MPPT控制功能是十分有效的方法。


                由于逆变系统处于并网运行的状况,系统对地的漏电会造成严重的安全问题;此外,为了提№高系统的效率,太阳能阵列≡大多会被串联成很高的直流输出电压使用;为此,在电极间因异常状况的发生◤,很容易产生出直流电弧,由于直流电压高,非常不容易灭弧,极容易导致火灾⊙。随着太阳能逆变系统的广泛采用,系统安全性的问题也将是逆变技←术的重要部分■。


                此外,电力系统正╱在迎来智能电网技术的快速发展和普及〇。大量的太阳能等新能源电力的系▽统并网,给智能电网系统的稳定性提出了新的技术挑战。设计出能够更加快速、准确、智能化地兼容智能电网的逆变系统,将成为今后太阳能逆变系统的必』要条件。


                总的来说,逆变技术的发展是随着电力电●子技术、微电子技术和现代控制理论的发展而发展。随着时间的︻推移,逆变技术正向着频率更㊣高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展。



                文章来源:低碳工业网

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