光伏逆变器的作用与分类介绍

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  通常来说将交流电能转化为直流电能的过程称为整流,把整流功能的电路称为整流电路,把实际整流过程的装置称为整流设备或整流器,与之对应的将直流转换为交流电能的过程称为逆变,把完成逆变功能的电路称为逆变电路,把实际逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。光伏逆变器将光伏组件所发出的直流电转变成正弦波电流,接入负载或者并入到电网中,是光伏系统中核心器件。

  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的不同,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并予以介绍。

  一、集中式逆变器

  集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。因此,逆变器的功率都相对较大。光伏电站中一般采用500kW以上的集中式逆变器。

  (一)集中式逆变器的优点如下:

  1.功率大,数量少,便于管理;元器件少,稳定性好,便于维护;

  2.谐波含量少,电能质量高;保护功能齐全,安全性高;

  3.有功率因素调节功能和低电压穿越功能,电网调节性好。

  (二)集中式逆变器存在如下问题:

  1.集中式逆变器MPPT电压范围较窄,不能监控到每一路组件的运行情况,因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点,组件配置不灵活;

  2.集中式逆变器占地面积大,需要专用的机房,安装不灵活;

  3.自身耗电以及机房通风散热耗电量大。

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  二、组串式逆变器

  组串式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电直接转变为交流电汇总后升压、并网。因此,逆变器的功率都相对较小。光伏电站中一般采用50kW以下的组串式逆变器。

  (一)组串式逆变器优点:

  1.不受组串间模块差异,和阴影遮挡的影响,同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,最大程度增加了发电量;

  2.MPPT电压范围宽,组件配置更加灵活;在阴雨天,雾气多的部区,发电时间长;

  3.体积较小,占地面积小,无需专用机房,安装灵活;

  4.自耗电低、故障影响小。

  (二)组串式逆变器存在问题:

  1.功率器件电气间隙小,不适合高海拔地区;元器件较多,集成在一起,稳定性稍差;

  2.户外型安装,风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化;

  3.逆变器数量多,总故障率会升高,系统监控难度大;

  4.不带隔离变压器设计,电气安全性稍差,不适合薄膜组件负极接地系统。

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  三、集散式逆变器

  集散式逆变器是近两年来新提出的一种逆变器形式,其主要特点是“集中逆变”和“分散MPPT跟踪”。集散式逆变器是聚集了集中式逆变器和组串式逆变器两种逆变器优点的产物,达到了“集中式逆变器的低成本,组串式逆变器的高发电量”。

  (一)集散式逆变器优点:

  1.与集中式对比,“分散MPPT跟踪”减小了失配的几率,提升了发电量;

  2.与集中式及组串式对比,集散式逆变器具有升压功能,降低了线损;

  3.与组串式对比,“集中逆变”在建设成本方面更具优势。

  (二)集散式逆变器问题;

  1.工程经验少。较前两类而言,尚属新形式,在工程项目方面的应用相对较少;

  2.安全性、稳定性以及高发电量等特性还需要经历工程项目的检验;

  3.因为采用“集中逆变”,因此,占地面积大,需专用机房的缺点也存在于集散式逆变器中。

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  光伏逆变器功能

  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)。

  1、自动运行和停机功能

  早晨日出后,太阳辐射强度逐渐增强,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了最大功率点跟踪(MPPT)这一功能。

  3、电网检测及并网功能

  并网逆变器在并网发电之前,需要从电网上取电,检测电网送电的电压、频率、相序等等参数,然后调整自身发电的参数,与电网电参数同步一致,完成之后才会并网发电。

  4、零(低)电压穿越功能

  当电力系统事故或扰动,引起光伏发电站并网点电压出现电压暂降,在一定的电压跌落范围内和时间间隔内,光伏发电站能够保证不脱网连续运行。

  5、孤岛效应的检测及控制

  在正常发电时,光伏并网发电系统连接在大电网上,向电网输送有功功率,但是,当电网失电时,光伏并网发电系统可能还在持续工作,并和本地负载处于独立运行状态,这种现象被称为孤岛效应。逆变器出现孤岛效应时,会对人身安全,电网运行,逆变器本身造成极大的安全隐患,因此逆变器入网标准规定,光伏并网逆变器必须有孤岛效应的检测及控制功能。

  孤岛效应的检测方法有被动式检测和主动式检测,被动式检测方法检测并网逆变器输出端电压和电流的幅值,逆变器不向电网加干扰信号,通过检测电流相位偏移和频率等参数是否超过规定值,来判断电网是否停电;这种方式不为造成电网污染,也不会有能量损耗;而主动式检测是指并网逆变器主动、定时地对电网施加一些干扰信号,如频率移动和相位移动,由于电网可以看成是一个无穷大的电压源,有电网时这些干扰信号就会被电网吸收,电网如果发生停电,这些干扰信号就会形成正反馈,最终会形成频率或电压超标,由此可以判断是否发生了孤岛效应。

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