并网逆变器的种类及分类

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：为了能使各个逆变器均衡工作，主从逆变器按照特定的循环顺序交换进行工作。无隔离变压器逆变器的缺点。

光伏并网发电系统分为集中式大型并网光伏系统和分散式小型光伏并网系统两大类。前者功率容量通常在兆瓦级以上，后者则在千瓦级至百千瓦级之间，建设大型联网光伏系统投资巨大，建设期长，需要复杂的控制和配电设备，并要占用大片土地。而分散式光伏并网系统，特别是光电建筑一体化（BIPV）光伏并网项目潜力相当大。它可以将发的电直接分配到住宅的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节，由于其具有上述优越性，投资不大，屋顶资源丰富，许多国家包括中国都相继出台了一系列激励政策，因而在各国发展迅速，并成为主流。

1.并网光伏系统的电力品质

很多规范从电压、电压闪变、频率和失真等方面对光伏发电系统的电力品质进行了阐述和规定。如果偏离这些标准的规定值，就需要逆变器停止向电网供电。对于中型和大型的光伏系统，当电网电压或者频率发生漂移时，保持光伏系统和电网的连接有助于消除电网中的电压和频率波动。

（1）电压工作范围。

光伏并网系统将电能以电流的形式输入电网，但是不对电网电压作出任何调整。因此，光伏逆变器的电压工作范围只是在电网异常情况下的一种自我保护手段。

一般来说，以大电流往电网输送电能时，可能会影响到电网电压。只要注入电网的光伏电流小于同一电网线路上的负载，电网的电压调整装置将会继续工作。但是如果输入电网的光伏电流大于同一电网线路上的负载，就需要采取一定的校正措施。

对于小型的光伏系统而言，在电网正常工作的电压波动范围内，小型光伏系统应能继续工作。系统电压工作范围的选取应尽量减小无谓的跳闸，这无论是对电网还是在光伏系统都是有利的。小型光伏系统的电压范围通常为212～264V，也就是电网正常电压的88%～100%，这就使系统的跳闸电压为212V和265V。

对于中型和大型的光伏系统而言，电力公司可能已经规定了光伏系统的工作范围，并且可能要求能够对大型光伏系统的电压范围进行调整和设定。如果没有类似的要求或规定，系统的工作电压范围一般遵循88%～100%的原则。

（2）电压闪变。

判断某个已知电压幅值或频率大小的电压闪变是否能够产生问题是具有很高的主观臆断性的。连接到电网的逆变器在公共节点产生的任何电压闪变都不能超越在《电源系统的谐波控制的推荐实施规范和要求》（IEEE 519—1992）中规定的最大值。

（3）频率。

电网的工作频率是由电力公司控制的，光伏发电系统应该和电网具有同步性。

（4）波形失真。

光伏发电系统输出应该具有较低的交流电流失真，确保不对电网中其他用户产生负面影响。光伏系统在公共节点的电力输出应该遵循在《电源系统的谐波控制的推荷实施规范和要求》（IEEE 519—1992）中的第10条规定，这条规定的主要要求可以概括为：在逆变器额定输出功率时，总的谐波电流失真应小于基频电流的5%。

2.根据逆变器在光伏系统中的布置形式分类

根据逆变器在光伏系统中的布置形式可以将逆变器方式分为集中式逆变器和分散式逆变器。长时间以来，人们通常采用集中式逆变器形式进行逆变，但是现在越来越多地采用多个小型逆变器进行分散式逆变。

（1）集中式逆变。

1）低压逆变。

在低压逆变范围内（V dc＜120V），几块光伏组件串联起来组成一个回路。这种低压逆变形式的一个优点是：由于串联回路的电流是由系统中受遮挡物遮挡最严重的那块光伏组件的电流决定的，另外低压逆变器串联回路中的光伏组件数目较少，因此遮挡物的遮挡对低压逆变系统性能的影响要比高压逆变系统小。低压逆变的主要缺点是回路中的高电流，因此需要使用相对截面积较大的电缆来减低回路电阻。

2）高压逆变。

在高压范围内（V dc＞120V），比较多的光伏组件串联起来组成一个回路。这种逆变形式的优点是由于系统中的低电流，从而可以采用较小截面积的电缆。它的缺点是具有比较大的遮挡损失。

3）主—从式逆变。

比较大的光伏系统通常采用建立主—从逆变器概念的基础上的集中式逆变。这种逆变形式通常需要几个逆变器（一般2～3个），每个逆变器的额定功率可以通过将光伏系统额定功率除以逆变器个数来计算。其中一个逆变器是主逆变器，当太阳辐射值比较低时，主逆变器工作。随着太阳辐射值的增加，系统发电量超过主逆变器容量，这时就需要启动从逆变器进行补充。为了能使各个逆变器均衡工作，主从逆变器按照特定的循环顺序交换进行工作。这种逆变器方式的优点是：当太阳辐射值比较低时，只有一个逆变器进行工作，因此系统的逆变效率比只有一个逆变器的系统要高。但是这种逆变方式的总投资要比单个逆变器的逆变方式要高。

（2）分散式逆变。

分散式逆变特别适应于光伏系统中的各分系统有不同朝向或者倾角，或者光伏系统有部分被遮挡的情况。分散式逆变器可以分为光伏阵列逆变、光伏组件串逆变和光伏组件逆变。当系统中不同阵列的朝向不同或者有遮挡的话，分散式逆变器能更有效地在各种辐射强度下进行工作。每个光伏阵列、光伏组件串或者光伏组件都安装一个逆变器。

3.根据有无隔离变压器分类

根据有无隔离变压器，并网逆变器又可以分为带隔离变压器和不带隔离变压器。

隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。都是利用电磁感应原理。隔离变压器一般是指1∶1的变压器。由于次级不和地相连，次级任一根线与地之间没有电位差，使用安全。常用作维修电源。

一般变压器原、副绕组之间虽也有隔离电路的作用，但在频率较高的情况下，两绕组之间的电容仍会使两侧电路之间出现静电干扰。为避免这种干扰，隔离变压器的原、副绕组一般分置于不同的心柱上，以减小两者之间的电容；也有采用原、副绕组同心放置的，但在绕组之间加置静电屏蔽，以获得高的抗干扰特性。静电屏蔽就是在原、副绕组之间设置一片不闭合的铜片或非磁性导电纸，称为屏蔽层。

（1）无隔离变压器的逆变器优点。

减少内部隔离变压器，最大效率能比带隔离变压器高2%～4%。

（2）无隔离变压器逆变器的缺点。

1）人身安全隐患：在交流侧可能会被直流电触电，在直流侧也可能会交流触电。

2）设备安全隐患：交流电可能窜入直流侧，直流电也可能直接灌入交流电网，光伏组件正、负极不能接地。

3）逆变器输出交流零线不能接地：

A.一旦A/B/C相线对对地电压漂移超过1000VAC，光伏组件存在毁灭性的风险。

B.漏电流以及交流输出的直流分量难以控制。

C.在交流电网电压波动大，谐波分量大的实际环境中，漏电流和直流分量经常会超标，一旦超标则逆变器必须停止并网输出，也就是经常被“踩刹车”。