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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,第,4,章,光伏系统应用技术,1 第4章 光伏系统应用技术,2,?,3.1,光伏逆变器的结构,?,通常分为独立和并网型两种，它们又可分为方波，阶梯波和正,弦波逆变器,2?3.1 光伏逆变器的结构?通常分为独立和并网型两种，,3,3,4,?,是否使用变压器，分为有变压器型和无变压器型,?,逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于,把直流电力转换成交流电力，一般含有升压电路和逆变桥电,路。升压电路将光伏电池板的不规则输出电压升高到所需的,稳定直流电压，为后级逆变电路提供稳定的直流母线电压。,4?是否使用变压器，分为有变压器型和无变压器型?逆变器是,5,5,6,6,7,?,4.1.1,基本构成,1.,光伏阵列,是发电系统的电源,2.,充放电控制器,把光伏阵列输出的电能存入,电池和释放给逆变器，由于,光伏阵列输出的功率是日照,和温度的函数，存在最大功率跟踪问题。,3.,逆变器,把直流电转变成交流电,4.,储能系统,蓄电池,7?4.1.1基本构成 1.光伏阵列 是发电系统的电源 2,8,?,有无蓄电池，把光伏系统分为可调度式和不可调度式,?,可调度式，通常成本更高，用的不多，个别分布式发电中有,8?有无蓄电池，把光伏系统分为可调度式和不可调度式?可调,9,9,10,?,不可调度式,?,并网逆变器把光伏阵列产生的直流电转化为和,电网电压同频,、,同相,的交流电能，,?,主电网断开时，自动停止两只电网供电，白天，光伏系统产,生超过本地负载所需时，多余的送给电网，当光伏系统产生,不能满足本地所需时，电网自动向负载提供补充电能，,?,当电网故障时，逆变器要停止工作，并且使逆变器、电网和,负载断开，防止,“孤岛”效应,10?不可调度式?并网逆变器把光伏阵列产生的,11,?,可调度式的优点,1,）逆变器由并网逆变器和太阳能控制器组成，不但可以把直流,电逆变后向电网输电，还可以向蓄电池充电。,2,）有主开关和负载开关，正常时两者闭合，当交流电断开时，,断开并网发电的主开关，但本地负载仍保持闭合，使光伏电,池和蓄电池提供的直流电还可以通过逆变器向负载供电，对,于负载来说，具有,UPS,的功能，对于一些特定的场所有吸引力,3,）系统不仅输送电能，还可以作为电网的有源功率调节器，补,偿电网的无功分量以稳定电网电压，同时，可抵消一些有害,的高次偕波分量，提高电能质量,4,）大功率的并网发电装置可根据需要自行确定并网电流的大小,，这有利于电网调峰，,11?可调度式的优点 1）逆变器由并网逆变器和太阳能控制器,12,?,缺点,1,）蓄电池的寿命短，目前的大多数免维护电池在,3-5,年左右，而,光伏电池在,20-30,年左右，,2,）价格高,3,）较为笨重，占用较大空间，还有环境污染的问题,4,）不可调度式系统的集成度高，安装和调试也方便，可靠性也,高一些。,12?缺点 1）蓄电池的寿命短，目前的大多数免维护电池在3,13,?,光伏发电系统的结构,-,主要分为,2,种,-,集中式和组串式,13?光伏发电系统的结构-主要分为2种-集中式和组串式,14,DC,AC,PV,PV,PV,PV,PV,PV,光伏组件阵列,逆变器,单元,1,单元,2,单元,n-1,单元,n,10kV35kV,母线,单元结构,14 DCACPVPVPVPVPVPV光伏组件阵列逆变器单,15,单元,1,单元,2,单元,n-1,单元,n,10kV35kV,母线,PV,PV,PV,DC,DC,PV,PV,PV,DC,DC,PV,PV,PV,DC,DC,DC,AC,逆变器,光伏组件阵列,DC/DC,变换器,单元结构,2,15 单元1单元2单元n-1单元n10kV35kV母线P,16,?,集中式,16?集中式,17,?,集中式,17?集中式,18,18,19,19,20,20,21,21,22,22,23,?,4.1.2,运行模式,1,独立运行模式,3,混合型运行模式,2,并网运行模式,23?4.1.2 运行模式 1独立运行模式 3混合型运,24,1,独立光伏发电系统,1.,无蓄电池的直流光伏发电系统,典型的应用：,太阳能光伏水泵以及一些小型的太阳能,电,池计算器、玩具、日用品等。,24 1 独立光伏发电系统 1.无蓄电池的直流光伏发,25,2.,有蓄电池的直流光伏发电系统,应用广泛：,小到太阳能草坪灯、庭院灯，大到远离电网,的移动通信基站、微波中转站，边远地区农村供电等。,25 2.有蓄电池的直流光伏发电系统,26,3.,风光互补发电系统,太阳能与风能在时间和地域上都有相当好的资源互补,性，建设投资更合理，发电成本更低，应用前景更好。,26 3.风光互补发电系统 太阳能与风能在时,27,?,4.1.3,光伏逆变器的电路结构,?,1.,隔离型,?,A,工频隔离,?,工频变压器起电压匹配和隔离作用，,?,电路和结构简单，可靠性高，抗冲击性好，,安全性能优良,，,?,体积和重量大，笨重，效率低，,PV,DC,AC,Ug,27?4.1.3 光伏逆变器的电路结构?1.隔离型?A,28,?,B,高频隔离,（,a,）高频变压器至于,DC/AC,变换器中,PV,DC,AC,Ug,AC,AC,PV,DC,AC,Ug,AC,DC,DC,AC,（,b,）高频变压器至于,DC/DC,变换器中,特点：体积小、重量轻、结构复杂，功率,等级不高。,28?B 高频隔离 （a）高频变压器至于DC/AC变换器,29,?,2,非隔离型,?,没有变压器，避免能量损耗，提高了效率，结构也简单，重,量轻，体积小，成本降低。,?,通常要将多个光伏阵列串联，具有较高的输出电压，不用变,压器，效率高，重量轻，结构简单，成本低，但是电池板和,电网没有电气隔离，危险。,T1,T4,T3,T2,L2,Ug,C1,C3,PV,29?2 非隔离型?没有变压器，避免能量损耗，提高了效率,30,?,多级非隔离型，,?,通过,DC/DC,把电压转化成较高的电压，再通过,DC/AC,逆变成符合,要求的交流电，不需要很高的输入电压，增加光伏阵列电压范,围，实际中这种用的较多。,?,同样没有隔离，安全性是个问题。,L1,T1,T4,T3,T2,T5,L2,Ug,C1,C2,C3,D2,PV,30?多级非隔离型，?通过DC/DC把电压转化,31,4.1.4,光伏逆变器的主要技术参数,1.,额定输出电压,光伏逆变器在规定的输入直流电压允许的波动范围内，,应能输出额定的电压值，一般在额定输出电压为单相,220V,和三相,380V,时，电压波动偏差有如下规定：,（,1,）在稳定状态运行时，一般要求电压波动偏差不超过,额定值的,?,5%,；,（,2,）在负载突变（额定负载,0,50%,100%,）或有其它,干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不超过额定,值的,?,10%,；,31 4.1.4光伏逆变器的主要技术参数 1.额定输出电压,32,1.,额定输出电压,（,3,）在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡,度不应超过,8%,；,（,4,）输出的电压波形（正弦波）失真度一般要求不超过,5%,；,（,5,）逆变器输出交流电压的频率在正常工作条件下其偏,差应在,1%,以内，,GB/T l9064-2003,规定的输出电压频率应在,4951Hz,之间。,2.,负载功率因数,负载功率因数大小表示逆变器带感性负载的能力，在正,弦波条件下负载功率因数为,0.70.9,。,32 1.额定输出电压 （3）在正常工作条件下，逆,33,3.,额定输出电流和额定输出容量,额定输出电流是指在规定的负载功率因数范围内逆变器,的额定输出电流，单位为,A,；额定输出容量是指当输出功率,因数为,1,（即纯电阻性负载）时，逆变器额定输出电压和额,定输出电流的乘积，单位是,kV,?,A,或,kW,（注意：非电阻性负,载时，逆变器的,kV,?,A,数不等于,kW,数）。,4.,额定输出效率,额定输出效率是指在规定的工作条件下，输出功率与输,入功率之比，通常应在,70%,以上；逆变器的效率会随着负,载的大小而改变，当负载率低于,20%,和高于,80%,时，效率,要低一些；标准规定逆变器输出功率在大于等于额定功率,的,75%,时，效率应大于等于,80%,。,33 3.额定输出电流和额定输出容量 额定输出电流,34,5.,过载能力,过载能力是要求逆变器在特定的输出功率条件下能持续,工作一定的时间，其标准规定如下：,（,1,）输入电压与输出功率为额定值时，逆变器应连续可,靠工作,4h,以上；,（,2,）输入电压与输出功率为额定值的,125%,时，逆变器,应连续可靠工作,1min,以上；,（,3,）输入电压与输出功率为额定值的,150%,时，逆变器,应连续可靠工作,10s,以上。,34 5.过载能力 过载能力是要求逆变器在特定的输,35,6.,额定直流输入电压,额定直流输入电压是指光伏发电系统中输入逆变器的直,流电压，小功率逆变器输入电压一般为,12V,和,24V,，中、大,功率逆变器输入电压有,24V,、,48V,、,110V,、,220V,和,500 V,等。,7.,额定直流输入电流,额定直流输入电流是指太阳能光伏发电系统为逆变器提,供的额定直流工作电流。,8.,直流电压输入范围,光伏逆变器直流输入电压允许在额定直流输入电压的,90%120%,范围内变化，而不影响输出电压的变化。,35 6.额定直流输入电压 额定直流输入电压是指,36,9.,使用环境条件,（,1,）工作温度,。逆变器功率器件的工作温度直接影响到,逆变器的输出电压、波形、频率、相位等许多重要特性，,而工作温度又与环境温度、海拔高度、相对湿度以及工作,状态有关。,（,2,）工作环境,。对于高频高压型逆变器，其工作特性和,工作环境、工作状态有关。在高海拔地区，空气稀薄，容,易出现电路极间放电，影响工作；在高湿度地区则容易结,露，造成局部短路。因此逆变器都规定了适用的工作范围。,光伏逆变器的正常使用条件为：环境温度,?,20+50，海,拔,?,5500m,，相对湿度,93%,，且无凝露；当工作环境和工,作温度超出上述范围时，要考虑降低容量使用或重新设计,定制。,36 9.使用环境条件 （1）工作温度。逆变器功率,37,10.,电磁干扰和噪声,逆变器中的开关电路极容易产生电磁干扰，容易在铁芯,变压器上因振动而产生噪声。因而在设计和制造中都必须,控制电磁干扰和噪声指标，使之满足有关标准和用户的要,求。其噪声要求是：当输入电压为额定值时，在设备高度,的,1/2,、正面距离为,3m,处用声级计分别测量,50%,额定负载和,满载时的噪声应小于等于,65dB,。,37 10.电磁干扰和噪声 逆变器中的开关电路极容,38,11.,保护功能,（,1,）欠压保护,。当输入电压低于规定的欠压断开,(LVD),值时，逆变器应能自动关机保护。,（,2,）过电流保护,。当工作电流超过额定值的,150%,时，,逆变器应能自动保护。当电流恢复正常后，设备又能正常,工作。,（,3,）短路保护,。当逆变器输出短路时，应具有短路保护,措施。短路排除后，设备应能正常工作。,（,4,）极性反接保护,。逆变器的正极输入端与负极输入端,反接时，逆变器应能自动保护。待极性正接后，设备应能,正常工作。,38 11.保护功能 （1）欠压保护。当输入电压低,39,?,(5),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值的,150,时，逆变器应能自动保护。当电流恢复正常后，设备,又能正常工作。,（,6,）雷电保护。逆变器应具有雷电保护功能，其防雷,器件的技术指标应能保证吸收预期的冲击能量。,39?(5)过电流保护。逆变器的过电流保护，应能保证在负载,40,12.,安全性能要求,（,l,）绝缘电阻,。逆变器直流输
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