光伏发电及并网逆变技术

1、光伏发电系统及并网逆变器光伏发电系统及并网逆变器设计的关键技术设计的关键技术 目目 录录光伏并网逆变技术的发展光伏并网逆变技术的发展1 12 2并网逆变器设计的关键技术并网逆变器设计的关键技术3 34 4特变电工光伏并网产品简介特变电工光伏并网产品简介5 5光伏发电系统简介光伏发电系统简介太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用1 1太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用18391839年，法国贝克勒尔发现了年，法国贝克勒尔发现了 “光生伏打效应光生伏打效应”19541954年，美国贝尔实验室恰宾、富勒和年，美国贝尔实验室恰宾、

2、富勒和皮尔松开发出效率为皮尔松开发出效率为6%6%的硅太阳电池的硅太阳电池19041904年，爱因斯坦发表年，爱因斯坦发表光电效应论文光电效应论文1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用19541954年美国贝尔实验室年美国贝尔实验室太阳能电池的结构太阳能电池的结构1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用单晶硅电池单晶硅电池多晶硅电池多晶硅电池非非非非晶晶硅硅电电池池1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用单 体组 件方 阵太阳能电池太阳能电池 组件组件 光伏阵列光伏阵列太阳电池的太阳电池的

3、I-VI-V特性及功率曲线特性及功率曲线1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用太阳光强与开路电压和短路电流的关系太阳光强与开路电压和短路电流的关系随着太阳电池温度的增加，随着太阳电池温度的增加，开路电压减少，在开路电压减少，在20-20-100100 C C范围，大约每升高范围，大约每升高1 1 C C每片电池的电压减少每片电池的电压减少2mV2mV；而光电流随温度的；而光电流随温度的增加略有上升。总的来说，增加略有上升。总的来说，温度升高太阳电池的功率温度升高太阳电池的功率下降，典型功率温度系数下降，典型功率温度系数为为0.35%/0.35%/ C C。也就是说，。也就是说

4、，如果太阳电池温度每升高如果太阳电池温度每升高1 1 C C，则功率减少，则功率减少0.35%0.35%。 温度对电池的影响温度对电池的影响1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用光强与太阳电池组件的光光强与太阳电池组件的光电流成正比，在光强由电流成正比，在光强由100W/m2 - 1000W/m2100W/m2 - 1000W/m2范围范围内，光电流始终随光强的内，光电流始终随光强的增长而线性增长；而光强增长而线性增长；而光强对光电压的影响很小，在对光电压的影响很小，在温度固定的条件下，当光温度固定的条件下，当光强在强在400W/m2 - 1000W/m2400W/m2 -

5、1000W/m2范围内变化，太阳电池组范围内变化，太阳电池组件的开路电压基本保持恒件的开路电压基本保持恒定。定。光强对电池的影响光强对电池的影响1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用1 1. .太阳能电池的历史和应用太阳能电池的历史和应用防止热斑现象的办法就防止热斑现象的办法就是加装旁路二极管和阻是加装旁路二极管和阻断二极管。断二极管。旁路二极管的作用是在旁路二极管的作用是在被遮挡组件一侧提供电被遮挡组件一侧提供电流通路；流通路；阻断二极管的作用是阻阻断二极管的作用是阻断被遮挡组件上的反向断被遮挡组件上的反向电流。电流。防止热斑现象防止热斑现象2 2太阳能发电系统简介太阳能发

6、电系统简介2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介主要应用于无电的山区、牧区、荒漠、边防、海岛等地区的太主要应用于无电的山区、牧区、荒漠、边防、海岛等地区的太阳能独立供电的系统阳能独立供电的系统 独立光伏发电系统独立光伏发电系统2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介小型户用太阳能并网发电系统小型户用太阳能并网发电系统建筑一体化屋顶并网方式（建筑一体化屋顶并网方式（BIPVBIPV）功率范围：几百瓦功率范围：几百瓦- -几个兆瓦几个兆瓦并网方式是以光伏系统是否允许通过供电接点向电网送电分并网方式是以光伏系统是否允许通过供电接点向电网送电分为为逆潮流和非逆潮流逆潮流和非逆潮流，有

7、无储能设备确定并网发电方式。，有无储能设备确定并网发电方式。2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介- -并网方式并网方式无储能逆潮流并网发电：无储能逆潮流并网发电：光伏电站与电网连接，不向电网送电，可从电光伏电站与电网连接，不向电网送电，可从电网取电，通常称为用户侧供电方式（有的系统可将少量剩余电能馈送电网取电，通常称为用户侧供电方式（有的系统可将少量剩余电能馈送电网）。这种方式称为逆潮流并网发电，主要为固定的用户供电，不足部网）。这种方式称为逆潮流并网发电，主要为固定的用户供电，不足部分由电网提供，应用于太阳能光伏建筑。分由电网提供，应用于太阳能光伏建筑。2 2. .太阳能发电系统

8、简介太阳能发电系统简介有储能的逆潮流光伏并网发电系统有储能的逆潮流光伏并网发电系统: :在电网停电时，应急给在电网停电时，应急给负载供电，光伏电站的自备电源往往采用这种模式。显然，负载供电，光伏电站的自备电源往往采用这种模式。显然，系统成本增加。系统成本增加。2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介非逆潮流并网发电非逆潮流并网发电指光伏电站只沿电网的单一方向送电，用户只从电网取电，大中型光伏指光伏电站只沿电网的单一方向送电，用户只从电网取电，大中型光伏电站大部分采用这种方式，有些太阳能光伏建筑发电系统也采用这种方电站大部分采用这种方式，有些太阳能光伏建筑发电系统也采用这种方式，发电和用

9、电分开计量。国外住宅光伏并网发电多采用这种方式。式，发电和用电分开计量。国外住宅光伏并网发电多采用这种方式。2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介带储能功能的光伏并网发电系统带储能功能的光伏并网发电系统提供负载用电提供负载用电, ,储存电能储存电能, ,可以离网供电可以离网供电2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介无储能的光伏并网系统无储能的光伏并网系统首先满足负载的电力需求首先满足负载的电力需求, ,剩余电力送入电网；不足电力由电网提供；剩余电力送入电网；不足电力由电网提供；光伏并网系统没有储能设备。光伏并网系统没有储能设备。2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简

10、介2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介超大规模无储能太阳能并网发电系统超大规模无储能太阳能并网发电系统通常单个电站装机容量十兆瓦以上通常单个电站装机容量十兆瓦以上无储能并网无储能并网斜式单轴自斜式单轴自动跟踪大型动跟踪大型光伏并网发光伏并网发电系统。电系统。与固定式非与固定式非跟踪系统相跟踪系统相比，发电量比，发电量提高提高30%30%。2 2. .太阳能发电系统简介太阳能发电系统简介光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介3 3逆变器技术的发展始终与功率器件及其控制技术的发展紧密结合，从开逆变器技术的发展始终与功率器件及其控制技术的发展紧密结合，从开始发展至今经历了以下五

11、个阶段始发展至今经历了以下五个阶段l 第一阶段：第一阶段：2020世纪世纪50-6050-60年代，晶闸管年代，晶闸管SCRSCR的诞生为逆变器的诞生为逆变器的发展创造了条件；的发展创造了条件；l 第二阶段：第二阶段：2020世纪世纪7070年代，晶闸管年代，晶闸管GTOGTO及及BJTBJT的问世，使逆的问世，使逆变技术得到发展和应用；变技术得到发展和应用；l 第三阶段：第三阶段：2020世纪世纪8080年代，晶闸管等功率器件的诞生为逆年代，晶闸管等功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础变器向大容量方向发展奠定了基础; ;l 第四阶段：第四阶段：2020世纪世纪9090年代，微电子

12、技术的发展使新近的控年代，微电子技术的发展使新近的控制技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器制技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展；技术的发展；l 第五阶段：第五阶段：2121世纪初，逆变技术朝着高频化、高效率、高世纪初，逆变技术朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。3 3. .光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变器的产业链光伏并网逆变器的产业链电子元件生电子元件生产商产商光伏并网逆光伏并网逆变器生产变器生产商商光伏并网光伏并网发电系发电系统统上游上游中游中游下游下游核心功率

13、器件如核心功率器件如IGBTIGBT模块、断路模块、断路器、接触器，核器、接触器，核心控制芯片心控制芯片DSPDSP等主要依赖进口等主要依赖进口全球逆变器装机全球逆变器装机量中，中国制造量中，中国制造占有量占不到占有量占不到2%2%中国光伏系统年中国光伏系统年装机量不到全球装机量不到全球总装机量的总装机量的5%5%3 3. .光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介 目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲是全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光洲是全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光伏逆变器技术处于世界领先地位。

14、伏逆变器技术处于世界领先地位。SMASMA是全球最早也是是全球最早也是最大的光伏逆变器生产企业，约占全球市场份额的三分最大的光伏逆变器生产企业，约占全球市场份额的三分之一，第二位是之一，第二位是FroniusFronius，全球前七位的生产企业占领，全球前七位的生产企业占领了近了近70%70%的市场份额。的市场份额。 国际逆变器发展现状国际逆变器发展现状3 3. .光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介 国内在逆变器技术质量、规模上与国外企业仍具有较大国内在逆变器技术质量、规模上与国外企业仍具有较大差距，目前具有较大规模的厂商有合肥阳光、特变电工、差距，目前具有较大规模的厂商有合肥阳

15、光、特变电工、北京科诺伟业、北京索英、志诚冠军、南京冠亚、上海北京科诺伟业、北京索英、志诚冠军、南京冠亚、上海英伟力新能源科技有限公司等企业，目前这些企业用于英伟力新能源科技有限公司等企业，目前这些企业用于光伏系统的产量呈逐年上升的趋势。光伏系统的产量呈逐年上升的趋势。 国内逆变器发展现状国内逆变器发展现状3 3. .光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变器按照组件连接方式，分为四种：光伏并网逆变器按照组件连接方式，分为四种： 串式并网逆变器串式并网逆变器 小型并网发电系统小型并网发电系统 组串式并网逆变器组串式并网逆变器 小型并网发电系统小型并网发电系统 微型并网逆变器

16、微型并网逆变器 小型并网发电系统小型并网发电系统 集中式并网逆变器集中式并网逆变器 大型及超大型并网发大型及超大型并网发电系统电系统3 3. .光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介串式逆变器串式逆变器3 3. .光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介组串式逆变器组串式逆变器其中，其中，高效率集中式和微高效率集中式和微型并网逆变器型并网逆变器将是未来并将是未来并网逆变器的发展方向。网逆变器的发展方向。集中式逆变器集中式逆变器微型逆变器微型逆变器3 3. .光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变技术发展简介光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术4 4l 光伏并

17、网逆变器的拓扑结构研究；光伏并网逆变器的拓扑结构研究；l 光伏阵列的最大功率跟踪技术；光伏阵列的最大功率跟踪技术；l 反孤岛控制技术；反孤岛控制技术；l 功率因数控制技术；功率因数控制技术；l 并网逆变器漏电流抑制技术；并网逆变器漏电流抑制技术；l EMI/EMC EMI/EMC设计技术；设计技术；核心：提高逆变器效率；核心：提高逆变器效率；难点：低漏电拓扑结构；难点：低漏电拓扑结构；4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术- -小功率系统小功率系统小功率光伏逆变器设计的关键技术小功率光伏逆变器设计的关键技术4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器

18、设计的关键技术- -小功率系统小功率系统优点：电路简单、单级控制；电网和光伏系统间有电气优点：电路简单、单级控制；电网和光伏系统间有电气 隔离，光伏系统与地之间无漏电流。隔离，光伏系统与地之间无漏电流。缺点：缺点： 成本高、体积笨重、整机效率低。成本高、体积笨重、整机效率低。工频隔离型工频隔离型4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术- -小功率系统小功率系统优点：高频隔离、漏电流小，效率较高，最大效率优点：高频隔离、漏电流小，效率较高，最大效率96%96%。缺点：硬件电路复杂，两级控制，缺点：硬件电路复杂，两级控制，EMI/EMCEMI/EMC设计较难；设计较难

19、；高频隔离型高频隔离型4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术- -小功率系统小功率系统优点：结构简单，效率最高，最大效率优点：结构简单，效率最高，最大效率98%98%以上；以上；缺点：电网和光伏系统间无电气隔离，光伏系统对地之缺点：电网和光伏系统间无电气隔离，光伏系统对地之间存在漏电流，对人有安全隐患。间存在漏电流，对人有安全隐患。非隔离型非隔离型4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术- -小功率系统小功率系统p 非隔离型并网方式非隔离型并网方式p 宽输入电压范围宽输入电压范围p 最高效率最高效率98%98%p 可直接并联可直接并

20、联p 智能化、小型化智能化、小型化p 高防护等级高防护等级基于基于光伏组件的光伏组件的微型逆变器微型逆变器也将是未来逆变器的也将是未来逆变器的重要发展方向；重要发展方向；小功率并网逆变器的发展方向小功率并网逆变器的发展方向非隔离型逆变器漏电流产生原理漏电流产生原理：漏电流产生原理：漏电流实际上是光伏阵列两端对地等效漏电流实际上是光伏阵列两端对地等效Y Y电容上的共电容上的共模电流。根据模电流。根据TNTN配线规范，电网配线规范，电网N N极物理上与大地极物理上与大地PEPE极相连，如果极相连，如果PVPV正端或正端或者者PVPV负端对电网负端对电网N N极上有较大电压跃变，由极上有较大电压跃变

21、，由i=C(dU/dt)i=C(dU/dt)可知，可知，PVPV两端的等效两端的等效共模电流就会很大。如果不对非隔离型逆变器拓扑进行处理，漏电流将会共模电流就会很大。如果不对非隔离型逆变器拓扑进行处理，漏电流将会增加电磁辐射和安全隐患。增加电磁辐射和安全隐患。4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术- -小功率系统小功率系统解决漏电流非隔离型拓扑结构解决漏电流非隔离型拓扑结构H5H5拓扑技术拓扑技术HERICHERIC拓扑技术拓扑技术KarschnyKarschny拓扑技术拓扑技术以上拓扑结构均以上拓扑结构均可有效解决漏电可有效解决漏电流问题流问题 l 大功率光伏

22、逆变器系统的建模和仿真技术；大功率光伏逆变器系统的建模和仿真技术；l 光伏阵列的最大功率跟踪技术；光伏阵列的最大功率跟踪技术；l 低电压穿越技术；低电压穿越技术；l 功率因数控制技术；功率因数控制技术；l 结构和热设计技术；结构和热设计技术；l 批量产品化技术；批量产品化技术；l 系统监控技术系统监控技术核心：提高逆变效率，降低并网谐波；核心：提高逆变效率，降低并网谐波；难点：并网控制技术；难点：并网控制技术；4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术- -大功率系统大功率系统大功率三相光伏逆变器设计的关键技术大功率三相光伏逆变器设计的关键技术l 建模和仿真技术建模

23、和仿真技术研究基于大型数值模研究基于大型数值模拟软件拟软件MatlabMatlab的光伏的光伏逆变器建模技术，及逆变器建模技术，及直接基于直接基于State FlowState Flow 的的DSPDSP微控制器的微控制器的C+C+源代码仿真技术；实源代码仿真技术；实现控制器源代码直接现控制器源代码直接基于虚拟仿真平台编基于虚拟仿真平台编辑和调试。辑和调试。-优化电路参数、提升优化电路参数、提升系统效率、实现软件代码系统效率、实现软件代码的虚拟调试的虚拟调试4 4. . 光伏并网逆变器设计的关键技术光伏并网逆变器设计的关键技术- -大功率系统大功率系统l 并网控制技术并网控制技术p 研究并网逆变器功研究并网逆变器功率因数调节技术；率因数调节技术；p 研究光伏阵列最大研究光伏阵列最大功率跟踪技术；功率跟