光伏发电系统低压侧并网技术及方案1212改

1、光伏发电系统低压侧并网技术及方案合肥阳光电源曹仁贤 研究员曹仁贤，可再生能源发电技术专家、研究员、博士生导师作者简介：中国电源学会常务理事中国可再生能源学会理事 中国青年科技工作者协会理事 中国农机协会风能设备分会副理事长 安徽省自动化学会副理事长 安徽省政协委员 享受国务院特殊津贴 五四青年奖章获得者 省科技进步一等奖、二等奖获得者 省优秀民营企业家 安徽省纳税先进个人一、光伏发电低压侧并网概念二、低压侧并网逆变器三、低压侧并网接入技术四、阳光电源并网逆变器介绍五、结论一、光伏发电低压侧并网概念直接接入低压配电网400V自发自用分为可逆流/不可逆流系统节省局部配电本钱、全部变压器本钱充分利用

2、了原变压器容量，分摊了变压器损耗可实现快速的设计、施工、调试、并网二、低压侧并网逆变器单相逆变器单相逆变器组合的三相逆变器三相逆变器不隔离逆变器 1.单相直接逆变系统直接逆变系统的优缺点优点：省去了笨重的工频变压器：特高的效率98%左右、重量轻、结构简单。缺点：(1)太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，对人身平安不利。 (2) 直流侧MPPT电压需要大于350V。对于太阳电池组件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。2.工频变压器隔离三相并网逆变器优点： 使用工频变压器进行电压变换和电气隔离，具有以下优点：结构简单、可靠性高、抗冲击性能好、平安性能良好。缺点：(1

3、)系统效率相对较低。 (2)笨重。工频隔离系统的优缺点 3.高频隔离系统优点：同时具有电气隔离和重量轻的优点，系统效率在93左右。缺点：(1)由于隔离DC/AC/DC的功率等级一般较小，所以这种拓朴结构集中在2KW以下；(2)高频DC/AC/DC的工作频率较高，一般为几十KHz,或更高，系统的EMC比较难设计；(3)系统的抗冲击性能差。高频隔离系统的优缺点4.高频不隔离Boost 升压系统优点：和第一种拓朴结构类似，由于省去了笨重的工频变压器，有以下优点：高效率、重量轻。同时参加了BOOST电路用于DC/DC直流输入电压的提升，太阳电池阵列的直流输入电压范围可以很宽。缺点：(1)同样，太阳电池

4、板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压。(2)使用了高频DC/DC，EMC设计难度加大。(3)可靠性较低。高频不隔离系统的优缺点优点：同高频不隔离系统 由于具有多个DC-DC电路，适合多个不同倾斜面阵列接入，即阵列1n可以具有不同的MPPT电压，十分适合应用于光伏建筑。缺点：高频不隔离系统5.多DC-DCMPPT、单逆变系统6.半桥逆变技术优点：注入电网的直流分量较小、电路简单缺点：功率器件利用率低7、升降压DC/DC+工频逆变8、三个单相逆变器组成的三相系统9、单相三线逆变技术10.三电平、半桥逆变技术11.谐振型拓扑结构12. DC/DC+三电平逆变技术13.多重叠加技术 14.组

5、件并联、逆变器逐个并联方式工作方式：1. 早晨弱光时由几台逆变器中随机一台开始工作。2. 当第一台满功率时接入第二台逆变器，依次投入。3. 黄昏弱光时逐台退出。优点： 1.低空载损耗，充分利用了太阳能。 2. 逆变器轮流工作，延长寿命。缺点： 光伏阵列全部并联，并联损耗较大，且只能用一种型号。1 MWp 设备效率数据PDC %251015255070100PCU %85929696.597,097,397.497.5三台逆变器一天中的运行状况图15.组件分组控制方式16.新拓扑方式17.多电平直接逆变技术 18.共用变压器低压侧逆变并网技术优化直流母线电压、升压变压器配置和变比，防止重复升压，

6、提高系统效率优先考虑当地用电负荷，防止过多电能的远距离传送强制性条件是否满足标准、安全、电网及认证要求*电力标准光伏电站接入电网技术规定*国家标准并网光伏发电专用逆变器*中国认证如金太阳认证绩效性条件*逆变效率指标:最大效率、欧洲效率、CEC效率、 MPPT效率*可靠性指标 MTBF MTBR*维护成本、响应速度及服务能力*首次购买价格及供货范围风险性条件*所在公司的规模、品牌、业绩*所在公司的专业化水准及长期生存能力*产品的交货周期及产能如何选择并网逆变器？三、低压侧并网接入技术光伏组件串并联问题绝缘、隔离问题接入点选择原那么多机并联后的孤岛保护技术电磁兼容及电能质量配电侧网压稳定技术全效率

7、多目标优化技术储能技术与能量管理停电与应急逆流的处理接地、防雷问题电站管控与计量智能电网与分布式发电一不可逆流系统1、不可逆流系统中的逆流断电技术2、不可逆流时的限负荷运行3、不可逆流时的增负荷运行4、不可逆流时的贮能运行模式二可逆流系统工作模式：逆功率之前将蓄电池充足功率缺乏时将蓄电池放空，等待下次逆流时充电负荷周期、规律调查，采用重复控制技术接入点选择原那么因地制宜，就近并网务必考虑接入点容量是否足够接入点附近负载大小多个接入点时平安问题孤岛保护复杂性绝缘、隔离技术尽量选择配有输出隔离变压器的逆变设备注意非晶、薄膜组件的耐压一般为600V直流、交流侧隔离开关 配电侧网压稳定技术保守设计，光

8、伏容量选取在总配电变压器容量的15%30%采用有载调压变压器可以1比1配置光伏电站无载调压有载调压网压升高时的调度策略弱网时ZN或ZL导致UL策略： 当发现电网电压是由于日照增强而升高时，应进入逆变器限功率运行，确保电网电压升高在允许值范围。电磁兼容技术. 电磁干扰 电网对逆变器产生的干扰：电压闪变，电气噪声，浪涌、高频分量等。要求逆变器不能损坏。 逆变器对于电网产生的干扰： 电流谐波，电压波动、电压闪变、无功功率、电网阻抗、干扰叠加等，必须达标。 逆变器对于其他用电设备的干扰： 传导干扰，空间辐射干扰等。特别是低压并网系统容易对其它电器设备产生干扰。必须符合相关标准。隔离变压器EMI滤波器控

9、制算法拓扑结构正确良好接地主动抑制技术电能质量电流谐波3%轻载功率因数问题三相不平衡电流三相四线制、三相五线制电网电压适应范围所谓孤岛效应是指当电网的局部线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。孤岛效应的定义：孤岛效应发生的机理光伏并网发电系统的功率流图 孤岛效应保护技术 被动检测： 电网电压的幅值、频率和相位。当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。孤岛效应检测技术主动式检测：指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反响信号来判断电网是否失电，其中一种方法就是通过在并

10、网电流中注入很小的失真电流。通过测量逆变器输出的电流的相位和频率，采用正反响的方案，加大注入量。从而在电网失电时，能够很快地检测出异常值。解决方案应急供电能力孤岛与反孤岛技术应急供电时的微网稳定性考虑到平安问题，应急供电应采用手动模式蓄电池组的适配技术功率、供电时间蓄电池充电模式问题平常是浮充？浮空？具有应急发电调峰功能的混合供电系统反孤岛技术：应急供电目前电力部门推荐的低压接入方案光伏组件光伏阵列直流线缆逆变器升压变压器“木桶效应失谐损失MPPT损失直流线损逆变损耗交流线损变压器损耗电网全效率图示光伏组件+光伏组件+光伏阵列MPPT效率直流线路逆变器交流线路升压变压器100%100% 95%

11、=95.00%95% 97%=92.15%92.15% 98%=90.31%90.31% 95%=85.79%85.79% 99%=84.93%84.93% 97%=82.38%木桶效应失谐损耗MPPT损耗直流线损逆变器损耗交流线损升压变压器损耗 最小值 最大值失谐损耗 2% 12%升压变压器损耗 1% 10%逆变器损耗 2% 8% 目前全效率最差70%，最好90%三大损耗：提高全效率的举措组件配对：电流一致的串联，电压一致的并联组件特性的稳定性如温度、衰减等最大功率独立跟踪技术如 AC Module， DC-DC逆变器效率提高变压器省略如接入原有低压电网变压器效率提高光伏并网与储能技术阳光电

12、源100KW、500KW储能逆变器蓄电池电压：300600V充放电电流：350A适配蓄电池容量：300AH 3000AH光伏发电的附加效劳白天向国家电网卖电晚上无功补偿(SVC SVG)光伏并网逆变器应该能够根据调度指令或者根据电网设定的算法自动在一定范围内进行无功功率补偿。无功功率补偿有何影响？如何解决？光伏发电的LVRT保持并网允许脱网提供无功T1T2低电压穿越与孤岛保护的矛盾国际标准：625msLVRT需要考虑： LVRT与反孤岛效应保护的矛盾，如何协调；低电压穿越 LVRT的中国标准: 20% T1=1秒 ！动态电压支撑根据远程调度指令，自动控制有功功率输出，保证逆变器最大输出有功功率

13、不超过电网调度部门的给定值。正常电网时的限功率运行功率调节与频率控制全球并网技术，无需再平滑和储存！未来的太阳能发电技术全球光伏联网设想图空间太阳能发电设想图无需再平滑和储存！四、阳光电源公司及产品介绍一流的研发中心每年10%的研发投入合工大“产、学、研合作安徽省产学研联合培养研究生基地安徽省可再生能源电源工程技术研究中心的支撑先进的生产检测设备2MW双馈风力发电模拟试验平台 2MW 高速全功率试验台2MW永磁直驱试验台阳光承担的科研工程1、“十五国家科技攻关方案“并网光伏发电用系列逆变器的产业化2、国家发改委新能源高技术产业化工程“光伏发电逆变及控制装置的产业化3、科技部科技型中小企业技术创

14、新基金“基于双向逆变技术的小型并网光伏逆变器4、“十五安徽省科技攻关方案“风力发电用交直交并网变流器5、“十一五国家科技支撑方案工程“大功率风电机组课题“双馈式风电机组大功率双向变流器及控制技术开发和“大功率直驱式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化6、国家科技成果推广方案“光伏/风能发电控制逆变系统7、安徽省2006年科技攻关方案“大型并网光伏发电系统及关键技术8、世界银行/全球环境基金/中国可再生能源开展工程“小功率风光互补供电系统的优化、“光伏/市电提水用逆变器9、“十一五国家863方案工程“MW级并网光伏电站系统 课题“兆瓦级BIPV并网系统关键技术及工程化应用研究和“甘肃武威荒漠治

15、理区MW级和高压电网并网集中光伏示范电站及关键设备研制开发10、国家科技支撑方案世博会4.5MW光伏电站用500KW逆变器强制性条件是否满足标准、安全、电网及认证要求*电力标准光伏电站接入电网技术规定*国家标准并网光伏发电专用逆变器*中国认证如金太阳认证绩效性条件*逆变效率指标:最大效率、欧洲效率、CEC效率、 MPPT效率*可靠性指标 MTBF MTBR*维护成本、响应速度及服务能力*首次购买价格及供货范围风险性条件*所在公司的规模、品牌、业绩*所在公司的专业化水准及长期生存能力*产品的交货周期及产能如何选择并网逆变器？光伏并网逆变器性能比较500KW为例第一代第二代第三代下一代年代1999

16、2003200420072008201020112013功率器件小功率IGBT MOSFET第三代IGBT第四代、第五代IGBT SIC器件SIC器件处理器单片机（96系列）DSP24系列DSP28系列 DSP28+FPGA最大效率 93% 95% 98% 99%欧洲效率 91% 94% 97% 98%MPPT效率 97% 98% 99% 99.9%寿命 37年 78年 812年 1525年环境温度-10+45 -20+50 -25+55 -30+55 海拔1000米5000米6000米6000米阳光电源并网逆变器开展历程TUV证书: SG100K3，WG100K3中国电力科学研究院测试报告

17、,金太阳认证证书测试报告： SG10K3SG500KTL意大利DK5940 认证SG30K3,50K3,SG100K3,SG250K3 ,SG500KTLSG100KSG250KTLSG250K3SG500KTLSG1000KHV-MW级光伏电站整体解决方案SG1000KHV-MW级光伏电站整体解决方案1. 两台SG500KTL逆变器2. 中压变压器3. 环境数据采集系统远程数据监控系统接地和防雷保护 交直流配电系统主要部件包括SG1000KHV-MW级光伏电站整体解决方案监控软件界面监控软件和附件 通讯协议采用MODBUS协议。 提供基于Windows 2000和xp的多机版监控软件。 可提

18、供包括逆变器在内的整个光伏发电系统的“三遥 方案。 中英文界面，操作直观友好。 自动翻屏功能，具有良好地展示效果。 可监控其他站控层设备，实现整个电站的远程监控；2MW风力机变流器世博会4.5MW光伏工程发电公司局部业绩奥运鸟巢光伏并网100KW发电系统宁夏发电集团太阳山并网光伏电站一期10MWp工程西班牙5MW、3MW并网发电工程上海申能1.2MW并网发电系统 国家863重大工程甘肃武威MW级光伏并网电站 韩国1MW并网发电工程意大利Panam Jack MW级并网光伏发电系统国家863工程 上海太阳能工程中心1MW光伏电站 上海首台光伏并网发电系统 奉贤电力局2002年 10KW上海太阳能厂房100KW国家发改委