(国家级)经济技术开发区光伏专用逆变器及控制器系列产品生产可行性研究报告

图2-6）。图2-6光伏发电系统示意图与独立发电系统相比，光伏并网发电系统的最大优点是不用蓄电池储能，因而节省了投资，系统简化且易于维护。因此，只有光伏并网发电系统才是实现大规模发电并成为电力工业组成部分的关键技术。随着光伏发电系统造价的大幅度降低，常规能源发电综合成本的不断上升和常规能源的短缺，环境保护要求的日益严格，并网发电系统的市场需求将不断扩大。第五节加大并网逆变电源的生产和研发是实现太阳能并网发电的关键并网逆变电源是光伏并网系统的核心部件和技术关键。它不仅可将太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电，并且还可对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功与无功、同步、电能品质（电压波动、高次谐波）等进行控制。作为光伏供电系统的核心，并网逆变电源的可靠性、高效性和安全性会影响到整个光伏系统，直接关系到电站发电量及运行稳定，因而其核心技术的开发越来越受到产业界的关注。目前国外对并网发电系统的核心器件并网逆变电源的研制发展很快，相关技术也较成熟，其中较复杂的大功率逆变装置仅有德国，美国，日本等几个发达国家开发出。技术较简单的小功率逆变装置在国外推广应用也很多。我国光伏发电等可再生能源发电技术研究起步较晚，技术水平相对国外有一定差距。对于核心器件并网逆变电源的研究，国内的中国科学院电工研究所、合肥工业大学能源研究所、燕山大学、上海交通大学等科研院所和大学有一定的相关研究。研发水平的落后导致了我国光伏并网发电的关键技术及设备仍主要来自进口，这一现状最终导致光伏并网系统造价高、依赖性强，制约了光伏发电系统在国内的发展和推广。因此，加快在光伏发电关键技术领域内的研究工作，掌握并开发出具有我国自主知识产权的光伏技术，进而实现其产业化进展，提高我国在光伏发电市场地位，己是势在必行之事。第六节分布式电源用小型并网逆变器值得重视近年来，由于我国上网电价政策比较侧重于在荒漠电站方面考虑，我国大型并网逆变器发展较快。但是实际上，分布式电源也应是关注的主要方面，德国和日本的光伏发展都是以屋顶计划开始，投资的主体则是以家庭为单位的个人。这一方面与这些国家的土地资源有限有关，另一方面也是因为分布式电源对现在并不很强大的电网的冲击较小有关。虽然分布式电源对电网的售电管理难度较大，但对于小的投资者来说，如果没有国家的补贴，因为购电电价远高于向电网售电的电价，所以在用户侧（配电侧）上网自发自用的形式却是最为经济的方案。因此有关专家预测，我国有可能会在2015年左右实现配电侧平价上网，而在2010年前后，才有可能实现发电侧（高压电网）的平价上网。我国2009年开始实行的“光电建筑”和“金太阳工程”则主要是鼓励“自发自用”（如冲抵电费0.7元/kWh），多余部分按当地脱硫机组上网电价（如0.35元/kWh）由电网收购。如果按有些国家和地区实行的“净电表法”，则将会有更好的收益。所以，欧洲、日本、美国的许多家庭屋顶都是以3-5kWp规模为主，厂房和公共屋顶则主要以10～100kWp系统为主。我国今后也会在这方面有广大的市场潜力，特别是在用户侧平价上网时代到来时，分布式电源将提前具有市场竞争力。本项目也更关注这一市场需求。第三章我省行业技术背景、项目对我省经济、社会发展的重要意义第一节我省行业技术背景我国西部地区，青海省的太阳能资源不是最好的、荒漠土地面积不是最大的、电网架构和容量也不是最完善的。但是结合太阳能资源、土地资源、气象、电网、地理、交通及光伏产业链等因素，青海的光伏发展综合条件是全国最优的。1）丰富的太阳能资源青海省地处青藏高原，全省均属于太阳能资源丰富地区，太阳能资源全国第二，仅次于西藏。全年日照时数在2500～3650小时，年辐照总量5860～7540兆焦耳/平方米，折合约1623亿吨标煤，合360万亿千瓦时。太阳能资源分布均匀，海西州和玉树州西部年辐照总量在7000兆焦耳/平方米以上，相当于2000KWh/M2.光伏发电一年满发小时数可达到1800小时（系统效率0.9）以上。其他地区辐照量略低，但绝大部分区域也在6000兆焦耳/平方米以上。在青海省建设光伏发电系统，发电成本将远低于欧洲国家，同时也低于国内大多数区域，具有良好的经济性。青海省丰富的太阳能资源，是除西藏外其他省份无法比拟的资源优势。2）土地等自然资源青海省具有建设大型光伏发电系统非常理想的土地资源。全省土地面积72万平方公里，未利用土地面积为24.6万平方公里，仅海西州就有未利用土地20万平方公里，主要为荒草地、盐碱地、沙地、裸土地、裸岩石砾地等，仅柴达木盆地就有荒漠化土地约3.5万平方公里。青海省的荒漠和戈壁相对比较集中，广阔而且平坦，无遮挡，地质、地形和地貌等条件非常适合于建设光伏电站。海西州是青海省降水量最小的地区，柴达木盆地比较干旱，年降水量从东南部的200毫米降到西北部的15毫米，格尔木周边仅为38毫米。柴达木盆地的土地等综合自然资源非常适合于建设大型荒漠光伏高压并网系统。1平方公里可以建设固定式光伏电站4万千瓦，或者建设跟踪型光伏电站1万千瓦。以海西州四分之一未利用土地（5万平方公里）建设光伏电站的年发电量将超过2007年全国总发电量。3）电网容量与架构理想青海省电力负荷容量较小，2007年度全网最大发电负荷为398万千瓦，2010年预计全网负荷为940万千瓦，2020年全网也仅1670万千瓦左右。青海省电网是西北电网的一部分，电压等级较高。2012年预计建设5座750KV变电站，电网建成750千伏“西电东送”两个通道。南通道750KV直通兰州东，北通道750KV通过西宁通过永登。建成750千伏西宁～格尔木输变电工程、青海～西藏联网工程。2020年，青海经过锡铁山750KV变电站通往新疆的±500千伏直流联网工程计划建成。海西州将具备3座750KV变电站，2条±500千伏直流通往外省的输电线路，1条750KV通往西宁的输电线路。2020年青海省电网与周边的西藏、新疆、甘肃等邻省通过交流750KV和±500千伏直流超高压电网联网。青海省本地负荷小，但输电网架构非常完善，电压等级高，电网四通八达。建设超大规模的光伏发电基地的电力输变电设施基本具备。4）电价水平较低青海省电力结构以水电为主，电力充足且电价水平较低。对于光伏产业链中“沙子到冶金硅、多晶硅生产、硅锭/切片”3个耗能比较高的生产环节，电力成本低具有较大的优势。5）交通设施便利青海省交通运输条件较好，由公路、铁路构成的交通运输网络覆盖全省，是工业经济持续快速发展的坚实基础，同时也为光伏产业的发展和电站的建设提供了便利条件。通往海西州内贯穿荒漠地区的公路均为二级以上，去各工业区或变电站的道路也全部为油路。青藏铁路的建成通车也为全省的交通运输奠定了强有力的支撑。6）完整的光伏产业链青海省具有较为完整的光伏产业链。从硅材料、硅锭/切片、太阳电池生产、组件封装、平衡部件研发及生产、系统集成、销售网络及售后服务体系等光伏产业中各个环节都有专业的生产企业。同时，青海省拥有多年的光伏系统设计、安装等工作基础和丰富的工程应用经验。青海省逐渐成为了西部光伏产业发展中心。根据可再生能源“十一五”规划，边远地区供电系统规划目标为15万KWp，占总规划目标的50%；并网光伏发电规划目标为10万KWp，占总规划目标的33%；太阳能发电将边远地区供电和并网光伏发电确定为重点领域。技术类别规划目标（万KWp）重点地区并网光伏发电10西藏、甘肃、内蒙古、宁夏、新疆等城市屋顶系统和大型标志性建筑5北京、上海、广东、江苏和山东等光伏电站（并网光伏发电领域）5拉萨、敦煌、和鄂尔多斯等边远地区供电15西藏、青海、甘肃、新疆、云南、四川等地太阳能热发电（并网光伏发电领域）5内蒙古等合计30表3—1可再生能源“十一五”规划中太阳能发电重点领域截止2006年底，全省累计装机统计6.91MWp，占当期全国市场的8.64%。省内年装机和累计装机情况统计如下：年度19911995200020022003200420052006累计离网电站41420394378.4822.44881.8光伏并网104050户用电源22.4541.93950361602.371977.75合计414203965.4551.931028.41183.4642.376909.55表3—2青海省光伏年装机和累计装机统计表单位：KWp从市场构成分析，省内光伏市场以解决农村、牧区用电的离网发电为主，占累计装机容量的70.65%，居光伏发电市场的首位；其次为户用电源，占累计装机容量的28.62%。上述市场构成反映了国家加快农村及边远地区电气化的政策扶持机遇。2004年建成青海省第一座运行发电的并网光伏示范电站，年发电量约5000多KWh，2006年计划55KWp的电站建设，目前已完成40KWp，2007年建设的300KWp光伏并网电站年发电量为42万KWh。2009年计划开建的柴达木太阳能电站规划装机容量为1GW，建成后将成为目前中国最大的并网光伏电站。第二节项目对我省经济、社会发展的重要意义此类项目的实施，除带动我省经济增长外，省内并网光伏电站主要应用于乡村级光伏电站、移动通讯机站、公路道班、气象台站等领域。如果项目达产，将建设完成年产100兆伏安光伏专用逆变器及控制器系列产品生产线，可解决我省一大批居民基本生活用电问题，使青海省彻底告别存在无电和电力短缺的历史。另外，本项目可解决偏远地区学校、卫生所等公益设施的基本用电需求，受益人口众多，一定程度上解决了省内偏远地区的用电问题。第四章市场分析 第一节产品市场需求预测近几年，随着西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策扶持，光伏发电用逆变器处进入快速增长阶段。据相关资料现实,2007年全球光伏发电逆变器销售额为12.32亿美元，2008年全球光伏逆变器的销售额为25亿美元，较2007年增长了近1倍。虽然国内已有多家光伏逆变器生产企业，但市场发展刚刚起步，原因是下游光伏市场规模较小，如果国内市场不开拓，逆变器无法实现大规模生产。图4—12005‐2008年国内光伏逆变器产量单位：MW2009年4月份以来，国家发改委的不同级别的领导多次表示将出台新能源发展规划。各种媒体预测的新能源规划中，到2010年光伏发电总容量达到250MW，到2020年达到2000MW，如果成为现实将极大支持我国光伏产业的发展。按照这一发展目标，预计2009‐2010年国内光伏发电用逆变器的市场规模将达到130MW左右。2011年以后，国内光伏逆变器的年均需求量在100MW以上。目前，进口光伏逆变器的价格为5元/W,受市场竞争加剧及消费规模增加的影响，预计到2012年价格将降低至4元/W。国产光伏逆变器的价格约为3.5元/W,短期内受困于无法实现规模化生产，产品价格变化范围有限，预计未来随着光伏发电项目的发展，市场需求扩大，产品价格将出现松动，预计2012年左右价格范围可达到3元/W。图4—22005‐2008年光伏逆变器进口情况单位：MW2008年国内光伏逆变器的进口量为13.6MW，其中德国是最主要的进口来源地，占全部进口量的70%，主要的供货企业包括艾思玛（SMA）、KACO、康能（Conergy），其次为奥地利占7%，主要的生产企业为Fronrius，瑞士占6%，主要的厂商为Sputnik、Studer。目前，国内产品出口以大功率产品为主，其原因是：国外光伏项目主要建设国家为欧美日等发达国家，小功率产品对服务依赖性较高，本地企业竞争力强，该市场主要被SMA、Fronrius、KACO等国外本土品牌所占领；大功率产品需求主要在新建项目，国内企业产品技术与价格竞争力均较强因此易于打开市场。国内的生产企业虽然在产品技术上差别已经缩小，但是在国外的服务体系还不能和本土企业竞争，国内仅有合肥阳光电源在大功率并网逆变器产品上具有较强的国外市场竞争力。太阳能光伏产业的国内外市场巨大。欧洲很多国家已颁布有关扶持政策，市场已初具规模。在过去的五年内，技术进步、市场扩容、规模效应一起推动全球光伏行业以年均40%的速度发展。在未来的5年内，光伏发电的成本有望降低到与考虑了环境污染、煤炭涨价等综合因素后的火电价格相当（GridParity）；预计全球光伏产业的年增长率在2010年到2020年将达到34%，行业发展的前景极其广阔。2009年全球全年装机容量6.5GW，预计2010年全球安装量9.8GW，同比增长50%。多晶硅、薄膜厂电池成本下降，新能源新型应用领域发展迅速，如燃料电池应用技术、新能源动力汽车行业等，未来可极大地促进行业发展。光伏逆变器是光伏系统核心功率调节器件，占据系统成本比例在10-15%之间，具有高端的科技含量与附加值。全球龙头SMA占据市场份额达44%，第二梯队四个厂商合计占据32%市场，其余超过150多家公司分割剩下的市场。预计未来两年光伏逆变器行业仍保持高利润阶段，随着进入竞争者越来越多，利润率将有所下降，但得益于光伏终端系统安装总量的增加，行业仍然保持高速增长。图4—3来自EUJRC的世界能源发展趋势预测。从图中可以看出，太阳能发电的发展呈现喇叭状，到2100年，全球超过50%的电力将来自太阳能（数据来源EUJRCPVRoadmap2004）。图4—4中国能源协会统计的2008年全球光伏逆变器主要消费国家图4—5国家发改委能源研究所的对中国太阳能光伏发电行业的统计和未来发展预测 2009年3月颁布光伏扶持政策，并在年中启动“金太阳”工程继财政部出台相关财政补贴措施后，江苏省推出了振兴新能源发展规划，计划推出2009-2011年的三年高达260MW的财政补贴目标。山东、河北、青海、湖北、湖南、福建、广东、青海、甘肃等地正在制定或已经出台强力的支持政策。预计2011年底中国光伏装置容量可能达到1-2GW（1GW=100,000kW）预计中国到2020年光伏发电装置容量应可达到15-30GW，约占新能源总装置量的1-2%。表4—1国家发改委能源规划比例（GW）总电力装置容量水电核电风力发电生物质能光伏发电2008年累计装置容量7901729920原十一五计划的2020年装置容量目标1,1863004030302预计2020年累计装置容量1,4803807540-1003015-30注：（1）2008年底中国其他类（生物质能、太阳能）电力装置容量仅1.9GW；（2）发改委规划2020年可再生能源（不含大水电）消费量占整体能源消费量目标为15%；（3）2008年新能源（不含大水电）发电量占整体发电量约2.5%。资料来源：凯基证券集团预估全球著名调查分析公司iSuppli公司对于太阳能光伏发电逆变器出货量的预测：预计2008-2012年全球用于太阳能光伏发电逆变器将增长13倍。这不仅是因为市场对替代能源的需求增长，而且是因为太阳能光伏发电设计采用更多的新方式，需要更多的太阳能光伏发电逆变器。2009年7月3日，国家能源局官员表示，《新能源发展规划》正在讨论中，根据规划，光伏产业到2020年的发展目标将上调至20GW（其中逆变器配置按照3元/W计算，逆变器产值将达600亿元）。第二节价格现状与预测目前，进口光伏逆变器的价格为5元/W,受市场竞争加剧及消费规模增加的影响，预计到2012年价格将降低至4元/W。国产光伏逆变器的价格约为3.5元/W,短期内受困于无法实现规模化生产，产品价格变化范围有限，预计未来随着光伏发电项目的发展，市场需求扩大，产品价格将出现松动，预计2012年左右价格范围可达到3.5元/W。且随着逆变器专业化集成芯片的规模化发展，无变压器逆变器技术的完善及规模化生产，同时，也会有更多的中大型专业化企业加入到该行业，参与竞争，预计其生产成本将进一步降低，致使价格仍将下降，突破3元/W。但即使如此，仍具有较大利润空间。第三节市场竞争分析公司国家进入市场时间产品特点、定位其它SMA德国1988风力、光伏并网、离网、蓄电池单机最大功率1.2MW全球可再生能源电源龙头，09年产能达4GWKACO德国1994光伏并网、离网单机最大功率1MW（模块化）全球第二大供应商，09年产能1GW，大功率产品以模块化为主Fronius奥地利1995光伏并网、离网世界第一逆变焊机制造商，光伏逆变器小功率性能良好Ingeteam西班牙2001工业电源；并网、离网Siemens德国1995光伏并网10KW-1MW全球最大电气、电子、工业控制公司，实力雄厚，渠道完善Danfoss丹麦2007年光伏在变频器等电力电子技术领域处于世界领先地位；2007年收购PowerLynx进军光伏逆变器，2010年一季度扩产至1GWSatcon美国2003公共事业级分布式电源(光伏、燃料电池)北美最大光伏逆变器供应商，单机最大1MW，09年产能达0.6GWAE美国2007光伏并网单机最大功率500KW半导体、显示、存储、太阳能电池等行业电源产品全球领先供应商；07年推出光伏并网逆变器产品，2010年产能达1GWXantrex加拿大1997风力、光伏并网、离网世界领先电源制造公司之一，08年7月被施耐德并购Power-one美国2006风力、光伏并网、离网大型光伏电站2006年底收购Magnetek，进入新能源逆变器领域Conergy德国1998并网风力、光伏子公司Voltwerk，主要提供大型光伏电站逆变器表4—2国际逆变器专业公司基本状况4.3.1国际逆变器专业公司分析全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲为全球光伏市场兴起区域，具有完善的光伏产业链，光伏逆变器技术在世界处于领先地位。美国、日本工业基础雄厚，光伏逆变器生产商也有很强实力SMA、KACO、Fronius、Ingeteam、Siemens、Xantrex、Danfoss、Conergy、Satcon、Power-one、Outbackpower等基本占领全球市场份额。最大前五位超过70%市场份额，龙头SMA尽享繁荣，2009年以占据全球市场份额44%独占鳌头。第二梯队四个厂商合计占据32%市场。其余超过150多家公司分割剩下的市场。4.3.2国内逆变器专业公司现状由于终端市场启动时间晚，国内光伏逆变器厂商普遍规模小，结构工艺、做工、性能稳定性等指标跟国外一流水平有一定差距。占据国内市场超过60%的龙头企业合肥阳光电源已取得长足进步，并开始进军欧洲大功率市场。随着国内政策的推动，预计国内到2020年光伏逆变器总需求量至少达18.6GW，市场规模超500亿元，而2008年全国光伏逆变器产量约25MW，市场发展空间巨大。国际巨头从2009年开始集中在国内抢滩布局，国内竞争将日趋激烈。国内生产逆变器的厂商较多，但专门用于光伏发电系统的逆变器制造商并不多，大多数厂家是不间断电源（UPS）生产商。具有较大规模的厂商有合肥阳光、北京索英、北京科诺伟业、志诚冠军、南京冠亚等企业。目前这些企业用于光伏系统的产量呈逐年上升的趋势，除了独立逆变器以外，有些企业已经研发了或正在研发并网逆变器用于光伏并网系统。表4—3国内主要逆变器生产商及基本情况公司进入市场时间产品特点/定位其它合肥阳光电源1997风力、光伏、电力系统电源并网、离网单机最大功率1MW国内最大新能源电源供应商，产品成功运用于国内众多大型示范工程南京冠亚电源2001风力、光伏、电力系统电源并网、离网单机最大功率1MW具有较强产品创新能力电信基站市场占有较大份额北京科诺伟业2001风力、光伏并网、离网中科院电工所30余年科研基础积累，企业同时定位为系统集成商安徽颐和新能源2007光伏、高压变频器并网、离网单机最大1MW与合肥工业大学教育部光伏工程研究中心建立产学研合作关系广东志成冠军2007UPS、光伏、蓄电池并网、离网与华中科技大学、武汉大学建立产学研合作关系，产品研发方向为模块化并接，具有较强研发实力其它2007-2009最近进入市场的主要有江苏艾索、无锡山亿、江苏津恒、江苏南自通华山东博奥斯、上海航锐电源、上海追日电气、北京昆仑国内现有太阳能光伏（风能）并网发电工程中，所采用的逆变器产品多为国外品牌，其中，无锡尚德目前全部采用进口并网逆变器太阳能光伏并网逆变器核心技术和产业化关键技术在国内尚处于起步阶段，总体的技术水平、产品可靠性和产业化能力与国外发达国家产品体系具有较大的差距，尚未形成大规模的产业化，竞争能力很弱。国内下游市场规模较小，2008年安装量40MW，本国光伏逆变器技术质量、规模远不如国外一流企业，但未来光伏电站市场的巨大空间给国内企业带来历史机遇。4.3.3行业竞争关键点分析成本较高，交货周期长是目前国外厂商进入内地市场的主要短板SMA在2003年即开始进入中国市场，2007年在北京建立办事处。2009年4月，美国Satcon深圳工厂开始生产供货。2009年7月KACO在上海设立办事处。2009年11月，艾默生网络能源中标昆明石林66MW首期光伏电站。2010年1月，KACO与国内系统商昆山中洋实业联合全面进军中国市场。国内太阳能发电和风力发电逆变控制技术研究与开发水平与国外相差并不大，但难以形成规模化的稳定产品及产业化。主要的原因是大规模逆变器并网构成分布式发电系统时，对产品生产工艺、成本、可靠性和系统整体发电、电能转换效率要求要高于传统逆变器，须要从系统的角度、从应用的角度、从用户的角度进一步提高产品研发、设计和制造水平。国内产品制造企业在技术研发上投入力量和资金往往相对较少，或急功近利、或单纯仿造，在技术创新和技术投入上投入力量不足，导致创新、高附加值的核心技术较少。竞争的关键点在于自主创新能力，以提高产品服务质量、降低成本、建立品牌。市场需求迫切地要求太阳能并网发电逆变器在技术上能够出现更多的创新，使之更适于应用的需要，缩短同欧美企业同类产品的技术水平差距。尤其在逆变器大规模并联应用、构成并网发电系统和产品产业化时，应用的整体系统必须具备高可靠性、低成本、高效率的性能；并通过对产业化关键技术的研究与开发（如多台逆变器并网协调控制、协调发电时的通信网络），提高在产品大规模产业化时工艺水平、降低装配复杂度和成本、提高检测能力和产品可靠性。4.3.4增强企业自身竞争力的措施：科学、准确地进行市场调研，明确阶段性产品目标和销售目标；加大研发投入，重视工艺和控制软件设计、重视系统测试和产线环节，形成规模化、产业化，降低生产成本，提高核心竞争力；在媒体及相关市场投放宣传，积极参与建设国内的相关技术标准和会议，扩大公司行业及社会知名度，树立品牌；与政府机构建立合作关系，充分利用国家政策，建立市场资源优势；产品国产化，降低研发生产运营成本；采用多种有效措施减少核心人才流动。第五章项目的技术可行性分析第一节本项目的基本原理及关键技术内容5.1.1光伏并网系统的组成光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电，并且实现既向负载供电，又向电网发电的系统。光伏并网发电系统主要由光伏阵列、并网逆变器、控制器和继电保护装置组成。光伏阵列是光伏并网发电系统的主要部件，由其将接收到的太阳光能直接转换为电能。目前工程上应用的光伏阵列一般是由一定数量的晶体硅太阳能电池组件按照系统需要的电压的要求串、并联组成的。并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心，它将光伏阵列发出的电能逆变成220V／50Hz的正弦波电流并入电网。电压型逆变器主要由电力电子开关器件组成，以脉宽调制的形式向电网提供电能。控制器一般由单片机或DSP芯片作为核心器件，控制光伏阵列的最大功率点的跟踪、控制逆变器并网电流的功率和波形。继电保护装置可以保证光伏并网发电系统和电网的安全性。光伏并网发电系统按照系统的设计要求不同可以分为两种：一种是不可调度式光伏并网发电系统，这种系统不含有储能环节；另一种是可调度式光伏并网发电系统，这种系统含有储能环节。在不可调度式光伏并网发电系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电直接转化为和电网电压同频同相的交流电，完全由日照和环境温度等因素来决定并网的时间和并网的功率大小。它的优点是系统可以省去蓄电池而将电网作为自己的储能单元。当日照强烈时，光伏并网发电系统将发出的多余电能回馈电网，当需要电能时可以由电网输出电能。可调度式光伏并网发电系统增加了储能环节，系统首先对储能环节进行充电，然后根据需要将光伏并网发电系统用作并网或者经逆变后独立使用，系统的工作时间和并网功率的大小可人为设定。当电网发生断电或者其它故障时，逆变器自动切除和电网的电气连接，同时可以根据需要选择是否进行独立逆变，用于对本地负载继续供电。图5—1并网光伏发电系统组成并网光伏发电系统如图5—1所示，光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池储能环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的作用。这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义。此外，该系统还可以充当功率调节器的作用，稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。当有日照，光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。5.1.2光伏逆变系统概述光伏逆变器的主要功能是将光伏电池的直流电能转换成正弦波形势的交流电能。由于光伏电池的电压通常低于可以使用的交流电压，因此光伏逆变器系统中，首先要有一个进行直流升压的变换器，这个一般是整个光伏逆变系统的输入电路部分。经过直流升压变换器升压后的电压，需要通过逆变器将直流电能变换为交流电能。光伏逆变系统的核心就是直流升压电路和逆变开关电路。直流升压电路和逆变开关电路都是通过电力电子开关器件的导通与关断，来完成相应的直流升压和逆变的功能。电力电子开关器件的通断需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可以通过改变一个电压信号来调节，产生和调节脉冲的电路通常称为控制电路（或控制回路）。光伏逆变系统中除了DC/DC升压电路和逆变主电路以及它们的控制电路外，一般还包括保护电路、辅助电路、输入电路和输出电路等部分，其基本结构框图如图5—2所示。图5—2光伏逆变系统结构图1．输入电路在一般的逆变系统中，系统的输入有可能是蓄电池或者燃料电池存储的直流电，或者交流电网输入的交流电。若是逆变电源系统的输入为直流电网、蓄电池存储的电、直流发电机发出的电，燃料电池发出的电，或者利用太阳能、风能发出的电，则输入电路包括滤波电路和EMI对策电路，若逆变电源系统输入的是交流电网，则首先还需加入整流环节。当输入电压值不符合逆变电路输入的范围时，常常还需要加入电压变换电路。非隔离式电压变换电路通常采用的是直流斩波电路（DCChopper），其最基本的形式主要有两种：降压斩波电路（Buck变换）和升压斩波电路（Boost变换），这两种形式组合起来又形成了另外两种基本变换形式：升降压斩波电路Boost-BuckChopper）和Cuk斩波电路。为了保证电路运行的可靠性通常采用隔离式的DC/DC变换器。常用的隔离式DC/DC变换器的结构主要有正激式变换器，反激式变换器，半桥变换器和全桥变换器等。2．输出电路在光伏逆变系统中，输出电路的最主要作用是将输出电压调整为正弦波形。通过滤波器可以将按正弦波规律变化的矩形波转换成。一般还需要加上EMI滤波电路。对于隔离式逆变电源系统，在输出电路前需要加入变压器。对于开环控制的逆变系统，输出量不用反馈到控制电路，而对于闭环控制逆变系统，输出量还要反馈到控制电路。3．控制电路控制电路的功能是按要求产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，从而配合逆变主电路完成逆变功能。现代逆变系统中广泛采用微机控制系统代替传统的模拟分立器件构成的控制系统，使得逆变系统或装置的控制电路大为简化，同时提高系统的可靠性，改善系统的输出电气性能，并能降低系统造价。微机控制技术在逆变系统中的作用主要有以下几个方面：=1\*romani.监控微机及其外围电路组成的系统在逆变控制系统中进行数据采集，故障和异常状态的检测和诊断、保护、报警、显示、存储和通讯。=2\*romanii.输出波形控制许多逆变系统要求其输出按照一定的规律进行变化，如变频器、UPS、逆变弧焊机、充电器等。可以通过把各种固定的或可变的输出波形控制模式写入微机的存储空间，微机便可根据这些设定的模式来控制逆变电路的工作方式，从而使逆变系统输出所要求的波形。=3\*romaniii．人机界面可通过显示器如数码管或者液晶来显示逆变电源当前的工作状态以及输出电压、电流、频率、谐波等信息，同时可以通过键盘对逆变电源工作状态和控制参数进行调整。此外，通过网络或者总线通讯接口与上位机通信，实现更为丰富的显示和控制操作功能。=4\*romaniv．辅助电源辅助电路的功能是将逆变器的输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压。若是直流输入，则需要一个或几个DC/DC变换器；若是交流输入，则可以采用工频降压、整流、线形稳压的方式或整流加斩波变换的方式获得所需要的直流电压。=5\*romanv．保护电路为了能保证整个系统安全稳定运行，必须设计必要的保护措施。在系统电压出现异常时给出相应的警报，并能够采取一定的保护动作。保护电路主要包括以下几个部分：（1）输入过压、欠压保护；（2）输出过压、欠压保护；（3）过流和短路保护；（4）缓冲电路；（5）过热保护。对于这些保护电路的动作一般可以采取封闭控制脉冲的方式，也可以用警报等方式告知，进行人工干预。5.1.3主电路构成——DC/AC逆变器逆变器有多种分类方式：按逆变器输出能量的去向分类，可以分为有源逆变器和无源逆变器；按照功率流动的方向，可以分为单向逆变器和双向逆变器；按照功率变换的比例，可以分为全功率逆变器和部分功率逆变器；按照直流输入电源的性质，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器；按照输入与输出的电气隔离，可以分为非隔离逆变器、低频环节隔离逆变器和高频环节隔离逆变器；按照整体结构，可以分为单级逆变器和内高频逆变器；按照主电路的结构形式，可以分为半桥式逆变器、全桥式逆变器和推挽逆变器；按照逆变器功率开关器件的种类，可以分为晶闸管(SCR)逆变器、大功率晶体管(GTR)逆变器、可关断晶闸管(GTO)逆变器、功率场效应晶体管(VMOS-FET)逆变器、绝缘门极晶体管(IGBT)逆变器和混合器件逆变器等；按照调制方式，可以分为脉宽调制逆变器和脉频调制逆变器；按照控制技术，可以分为模拟控制逆变器和数字控制逆变器；按照输出电压波形，可以分为二电平逆变器、三电平逆变器和多电平逆变器；按照输出电压的相数，可以分为单相逆变器、三相逆变器和多项逆变器；按照输出电能的频率，可以分为工频逆变器、中频逆变器；按照功率开关的工作方式，可以分为硬开关逆变器和软开关逆变器；按照输出电压波形的改善方式，可以分为PWM逆变器、多重迭加逆变器和多电平逆变器。逆变器按主电路形式有如下分类：根据输入直流电源的性质、逆变器的直流输入波形和交流输出波形，可以把逆变器分成电压型逆变器和电流型逆变器。=1\*romani.电压型逆变器理想的逆变器，从直流变到交流的功率总是一定的，没有脉动，直流电压波形和电流波形也不应该产生脉动。但在逆变器的实际电路中，因为逆变器的脉动数有限制，因而逆变器功率P是脉动的。当逆变器的逆变功率P和脉动波形由直流电流来体现时，就称之为电压型逆变器，如图5—3所示，其直流侧是恒压源。电压型逆变器的特点是：（1）直流电源侧并联有较大的直流滤波电容；（2）当负载功率因数变化时，交流输出电压的波形不变，即交流输出电压的波形与负载无关。交流输出电压的波形，通过逆变开关的动作被直流电源电容上的电压钳位成方波；（3）在逆变器中，与逆变开关并联有反馈二极管，交流电压与负载无关，是方波；（4）输出电流的相位随着负载功率因数的变化而变化，换流是在同桥臂开关管之间进行的；（5）可以通过控制输出电压的幅值和波形来控制其输出电压。图5—3电压型逆变器原理图=2\*romanii.电流型逆变器当逆变器的逆变功率P的脉动波形由直流电压来体现时，称之为电流型逆变器，如图5—4所示，其直流侧是恒流源。电流型逆变器的特点是：（1）直流电源侧串联有较大的直流滤波电感；（2）当负载功率因数变化时，交流输出电流的波形不变，即交流输出电流的波形与负载无关。交流输出电流的波形，通过逆变开关的动作被直流电源电感稳流成方波；（3）在逆变器中，与逆变开关串联有反向阻断二极管，而没有反馈二极管，所以在逆变器中必须有释放换相时积蓄在负载电感中能量的电路（通常用并联电容来吸收这部分能量）；（4）输出电压的相位随着负载功率因数的变化而变化，换相是在两个相邻相之间进行的；（5）可以通过控制输出电流的幅值和波形来控制其输出电流。图5—4电流型逆变器原理图按照整体结构，可以分为单级逆变器和内高频逆变器：=1\*romani．单级逆变器所谓单级逆变器，就是指只进行一次直流电能逆变成交流电能的逆变器，其特点是：用来实现电气隔离、变压和调压的变压器的工作频率等于输出频率。其缺点是体积重量大、噪声也大。单级逆变器的电路结构如图5—5所示，它一般由工频（或中频）逆变器、工频（或中频）变压器，以及输入、输出滤波器构成。单级逆变器一般包括方波逆变器、多重叠加逆变器和PWM逆变器。图5—5单级逆变器的电路结构图（1）方波逆变器方波逆变器因其输出电压波形为方波而得名，是开发最早的一种逆变器，其主电路主要有推挽式、半桥式和全桥式三种。其特点是：电路简单，单级功率变换DC—LFAC，功率可以双向流动，效率高，技术成熟，应用广泛；缺点是体积重量大，输出电压谐波畸变率高，对市电电压和负载的变化响应特性差、噪声大。（2）多重叠加逆变器为了改善方波逆变器输出电压的波形，多重逆变器可以将多个方波逆变器进行移相多重叠加、从而使逆变器的输出电压正弦化。其特点是：单级功率变换DC—LFAC，功率可以双向流动，效率高，技术成熟，应用广泛，输出电压THD低，滤波器的体积重量小，对市电电压和负载变化的动态响应特性好，噪声比方波逆变器小；缺点是工频变压器的体积重量大，输出电压的调节困难。（3）PWM逆变器采用正弦调制波与三角形载波相比较的SPWM控制方式，可以得到输出电压谐波含量小的正弦波电压输出，而且调压方便，只需通过调节正弦调制波的幅值大小就可以起到调压作用。其特点是：电路简单，单级功率变换DC—LFAC，功率可以双向流动，输出电压THD低，输出滤波容易且滤波器体积重量较小，对市电电压和负载的变化响应特性好，噪声得到了一定的减小；缺点是变压器仍工作在工频，体积重量大，要求高速功率开关器件，开关频率高，开关损耗大，降低了逆变效率。=2\*romanii．内高频环逆变器所谓内高频环逆变器，则是指这种逆变器要进行两次直流电能逆变成交流电能的变换。高频方波交流电能，经过高频变压器（HFACT—HFACTransformer）的变压、整流和滤波后得到另一种直流电压，此直流电压再经过工频（或中频）PWM逆变器，逆变成负载需要的工频（或中频）电能。内高频环逆变器的电路结构如图4—6所示，图中虚线框中的高频逆变器，高频变压器HFACT，高频整流器和滤波器组成了内高频环。图5—6内高频环逆变器的电路结构图用内高频环中的高频变压器取代单级逆变器中的工频变压器，显著提高了逆变器的特性。按照功率传输方向可以分为单向型（Uni-directionalPowerFlowMode）和双向型（Bi-directionalPowerFlowMode）两类；按照功率变换器的类型可以分成电压型（VoltageMode或BuckMode）和电流型（CurrentMode或Buck-BoostMode）或直流变换器型（DC/DCConverterType）和周波变换器型（CycloconverterType）两类；直流变换器型内高频环逆变器，又可以分为平滑直流型、工频全波整流型两种。内高频环逆变器的种类繁多，类型划分也比较复杂，一种常见的方法是将其分为单向电压型、双向电压型、单向与双向电流型、直流变换型。图5—7逆变器电路拓扑结构太阳能逆变器的电路拓扑如图5—7所示，a)是单相并网逆变器电路拓扑，b)是三相并网逆变器电路拓扑。从电路拓扑结构上看属于电压型控制逆变电路。从控制方式上属于电流控制型电路。图5—8单相光伏逆变器电路及其运行向量图按照正弦波和载波比较方式对进行控制，交流侧AB处产生SPWM波，中含有基波分量和高次谐波，在的滤波作用下高次谐波可以忽略，当的频率与电网一致时，也是和电网一致的正弦波。在电源电压一定的条件下，的幅值和相位仅有的基波的幅值和相位决定，这样电路可以实现整流、逆变以及无功补偿等作用。图4—8所示是电路的运行向量图，其中a)是整流运行，b)是逆变运行，c)是无功补偿运行，d)是超前φ角运行。单相光伏逆变器工作在b)状态。电路的基本控制方法：光伏逆变器对于功率因数有较高要求，为了准确实现高功率因数逆变，需要对输出电流进行控制，通常的电流控制方式有两种：其一是间接电流控制，也称为相位幅值控制，按照图5-8的向量关系控制输出电流，控制原理简单，但精度较差，一般不采用；其二是直接电流控制，给出电流指令，直接采集输出电流反馈，这种控制方法控制精度高，准确率好，系统鲁棒性好，得到广泛应用。5.1.4控制器主要原理光伏系统控制器控制原理：初期的光伏控制器主要针对蓄电池作过充、过放控制。过充控制：即太阳能电池方阵给蓄电池充电时，当电压达到允许值上限，切断充电；过放控制：即负载放电时，当蓄电池电压下降至保护值，切断输出。根据电流控制型并网逆变器原理，为使光伏并网发电系统的有功功率输出达到最大，必须控制输出电流的频率和相位，使它们与电网电压严格同步。所以电网相位的跟踪是必须解决的问题，一般采用锁相环(PLL)实现。1)锁相环的原理与实现锁相环是指能够自动跟踪输入信号频率与相位的闭环反馈控制系统。目前传统的模拟锁相环(AnalogPLL．APLL)主要由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)组成。鉴相器的输入是电网电压的采样信号和压控振荡器的输出，鉴相器的输出为误差信号，该信号为和相位差的线性函数。环路滤波器滤除中的高频信号后得到，再由来控制压控振荡器来改变输出信号的频率和相位来逼近的频率和相位。当环路锁定时，输出信号和输入信号同频同相。锁相环原理框图如图5—9所示。图5—9锁相环原理框图随着大规模集成电路的发展和应用，出现了数字式锁相环(DigitalPLL．DPLL)和将鉴相器、压控振荡器、可编程计数器等集成于一个集成电路(IntegratedCircuit—IC)的混合锁相环(HybridPLL-HPLL)。APLL、DPLL、HPLL都是以硬件电路方式实现锁相功能的，有着较为复杂的硬件电路，因此，在使用过程中会遇到硬件电路不可避免的问题：直流零点漂移、器件饱和等。随着DSP技术的发展，逐渐采用软件锁相环(SoftPLL．SPLL)避免了APLL方式的缺点，得到了广泛的应用。软件锁相环的基本组成如图5—10所示。图5—10软件锁相环的基本组成本项目中，并网电流的频率和相位与电网电压严格同步是通过软件锁相实现的，即由输入信号的硬件整形电路和锁相软件配合完成。软件锁相环是将典型的锁相电路中由硬件来完成的功能改用软件编程的方式来实现。电网电压信号通过硬件电路整形后产生与其同步的TTL方波信号，将该方波信号送入到TMS320F2812芯片的CAPl引脚，TMS320F2812内部软件为CAPl分配了一个计数时基，同时设定该时基为递增计数模式，只捕捉TTL信号的上升沿，并记录下此时定时器的值，这样相邻两次定时器值的差即为所测电网电压的周期，用该周期作为正弦调制波的周期，即输出并网电流的周期。同时，通过判断电网电压过零时正弦表格指针所在的位置来判断二者之间的相位差，相应的调整给定并网电流的正弦表格的指针，最后实现二者的同频同相。此系统的锁相是由捕获中断和定时中断共同完成的，定时中断用来输出SPWM波，捕获中断用来完成并网电流的周期计算和相位调整，具体是利用电网电压的周期来实现计算T1PR值作为给定并网电流周期，实现与电网电压的同频；通过调整正弦表指针PTR来实现和电网电压同相。其中，正弦表格为200个点，载波频率为10kHz，具体的锁相环软件流程如图5—11所示。图5—11软件锁相程序流程图2)同步信号检测电路设计在进行逆变器输出电流和电网电压同步的过程中，DSP需要采集电网电压信号的相位，由于TMS320F2812芯片只能采集TTL电平信号，所以需要辅助的硬件电路将电网的正弦波电压信号转换为幅值为3．3V的方波信号，该方波信号和正弦波电压信号具有相同的过零点，即在电网电压上升过零点处，方波信号变成高电平。3)SPWM波生成的流程图SPWM波的产生可以通过硬件电路生成或通过软件编程生成。通过硬件电路实现SPWM波的方法往往电路复杂，控制精度难以保证。而用软件编程的方法由于是采用数字控制方式，可以获得调节灵活、稳定可靠、性能优越的控制效果，但是要求中央处理器的运算速度快，运算能力强。TMS320F2812芯片具有高速优异的运算功能和功能强大的PWM波发生模块，本项目采用软件编程的方法生成SPWM波。SPWM调制信号生成说明如图5—12所示。图5—12SPWM调制信号生成说明通过软件编程的方法来生成SPWM波，其原理是基于正弦控制波和三角载波相交以确定开关通断时刻。用软件生成SPWM波一般有两种方法：查表法和计算法。查表法，即离线计算出对应的脉宽数据，写入EPROM，实际控制时，由DSP通过查表和加减运算得到脉宽和间隔时间，以此控制功率器件的开通时间。计算法，即根据理论推导出脉宽函数表达式，由DSP在实际控制时实时在线计算，以获得相应的脉宽和间隔时间。一般来说，前者将占用大量存储空间，而后者则需大量的运算时间。4)过热保护通过功率开关器件的电流虽没有超过其额定电流，但若散热条件变差，其结温同样会急剧上升。若结温超过其额定结温，功率开关器件也会烧坏。因此有必要设置结温保护。一方面给开关管加散热片和给系统加装风扇，以降低开关管和系统温度。另一方面，在散热片靠近功率器件的地方加装一个常闭继电器，当散热片温度超过允许温度时，继电器触点断开，控制电路检测到触点断开就使主电路停止工作。由于温度变化比较慢，故可以在主程序中采用查询方式进行处理。5)短路电流保护有关资料证明，当出现短路电流故障时，如果保护IGBT栅极上的驱动电压E为15V不变，50A的IGBT能承受250A短路电流冲击时间仅为5us。所以当出现短路电流时，要求系统能快速保护。本项目中对大于3倍额定电流的大电流采用硬件过流保护，对于小于3倍额定电流的电流在软件中做过载保护处理。7400的11脚输出与驱动封锁端口直接相连，并且接到CPU的非屏蔽外部中断口。电流信号采样转化成的电压值与给定电压相比较，该电压值一旦大于给定电压值(通过电阻R24进行调节)，则经过由7400的两个双与非门组成的自锁电路发出封锁信号，封锁主电路工作，于是过流保护电路动作。同时，DSP芯片非屏蔽端口接受中断信号封锁驱动信号。只有进行CPU复位，才能重新启动逆变器工作。5.1.5最大功率控制方法最大功率跟踪技术有两种技术路线：其一是CVT技术，控制电池组件端口电压近似模拟最大功率跟踪，这种方法原理简单但是跟踪精度不够；其二是MTTP技术，实时检测光伏阵列输出功率，通过调整阻抗的方式满足最大功率跟踪。目前，太阳能逆变器厂家广泛采用的MPPT技术。目前，常用的MTTP方法有两种。（A）干扰观测法（P&O）：干扰观测法每隔一定时间增加或减少电压，通过观测功率变化方向，来决定下一步的控制信号。如果输出功率增加，那么继续按照上一步电压变化方向改变电压，如果检测到输出功率减小，则改变电压变化的方向，这样光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点。如果采用DC/DC变换器实现MPPT控制，在具体实施时应通过对占空比施加扰动来调节光伏阵列输出电压或电流，从而达到跟踪最大功率点的目的。如果采用较大的步长对占空比进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度，但达到稳态后光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近振荡幅度比较大，造成一定的功率损失，采用较小的步长则正好相反。（B）电导增量法（INC）：光伏电池在最大功率点Pm处，在Pm两端均不为0。(1)而(2)则有(3)要使输出功率最大，必须满足（3）式，使阵列的电导变化率等于负的电导值。首先假设光伏阵列工作在一个给定的工作点，然后采样光伏阵列的电压和电流，计算和，其中(n)表示当前采样值，(n-1)为前一次的采样值；如果，则利用的符号判断最大功率点的位置；如果，则依据的符号判断。这种跟踪法最大的优点是当光伏电池的光照强度发生变化时，输出端电压能以平稳的方式追随其变化，电压波动较扰动观测法小。缺点是其算法较为复杂，对硬件的要求特别是对检测元件的精度要求比较高，因而整个系统的硬件成本会比较高。5.1.6孤岛检测技术孤岛效应是指并网逆变器在电网断电时，并网装置仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网的某一区域处于光伏发电的孤岛状态时，电网将不再控制这个电力孤岛的电压和频率。孤岛效应会对光伏发电系统与电网的重连接制造困难，同时可能引起电气元件以及人身安全危害，因此孤岛效应必须避免。目前常用的孤岛效应检测方法主要有两种，分别是被动检测方法和主动式检测方法。(A)被动式孤岛检测：孤岛的发生和电网脱离时的负载特性及与电网之间的有功和无功交换有很大的关系。电网脱离后有功的波动会引起光伏系统端口电压的变化，无功的波动会引起光伏系统输出频率的变化。电网脱离后，如果有功或者无功的波动比较明显，通过监测并网系统的端口电压或者输出频率就可以检测到孤岛的发生，这就是被动式孤岛检测方法的原理。然而在电网脱离后，如果有功和无功的波动都很小，此时被动式检测方法就存在检测盲区。（B）主动式孤岛检测：主动式孤岛检测方法中用的比较多的是主动频移法（AFD），其基本原理是在并网系统输出中加入频率扰动，在并网的情况下，其频率扰动可以被大电网校正回来，然而在孤岛发生时，该频率扰动可以使系统变得不稳定，从而检测到孤岛的发生。这类方法也存在“检测盲区”，在负载品质因数比较高时，若电压幅值或频率变化范围小于某一值，系统无法检测到孤岛状态。另外，频率扰动会引起输出电流波形的畸变，同时分析发现，当需要进行电能质量治理时，频率的扰动会对谐波补偿效果造成较严重的影响。智能电量管理及系统状况监控系统：大型光伏电站由于地处偏远地区，常常为无人值守电站。为了准确计量电站的电能输出及系统运行状况需要设立智能电量管理及系统状况监控系统。系统往往基于计算机数据处理平台以及互联网技术将分散的发电系统信息收集到集中控制中心进行数据分析处理工作。5.1.7并网逆变器主要技术参数（1）使用环境条件逆变器正常使用条件为环境温度范围为-5～40，相对湿度不超过93%，且无凝露。当海拔高于1000M时，应按GB/T7260中的规定降容使用。（2）输出电压变化范围对于用电设备来说，需要有一个相对稳定的供电电源。由于并网光伏电源系统中蓄电池的端电压经常性地在其过充点和过放点之间变化，就会引起逆变器输出电压的波动，这就要求逆变器电路将这种波动控制在一定范围之内。在输入电压以额定值的90%～120%进行变化、输出为额定功率时，输出电压变化范围应不超过额定值的10%。对于控制逆变一体机，由于输入端可以改变的电压范围由控制器的充满断开（HVD）和欠压断开（LVD）所限定，而这两个点的取值对不同的蓄电池会有所不同；对同一种蓄电池，这两个点的取值也被允许有一定误差范围，所以在实际检测中往往不能满足其额定值在90%～120%的全部区间的变化要求，有关的测试标准还就此规定，在控制器合格的前提下，逆变器的输入电压在控制器的过放点和过充点之间进行变化、输出为额定功率时，输出电压变化范围应不超过额定值的10%。这从使用的角度讲，已经可以满足要求，但作为工厂检测和调试，应该做到对独立逆变器的变化范围要求。（3）输出频率当输入电压以额定值的90%～120%进行变化、输出为额定功率时，其输出频率值应为50HZ1HZ，对于控制逆变一体机，在控制器合格的前提下，逆变器的输入电压在控制器的过放点和过充点之间进行变化，输出为额定功率时，其输出频率值应为50HZ1HZ。（4）输出电压波形失真度对于正弦波逆变器，输入电压及输出功率为额定值时，输出电压的最大波形失真度应≤5%。（5）效率效率是指在额定输出电压、输出电流和规定的负载功率因数下，逆变器输出有功功率与输入有功功率（或直流功率）之比。为了提高能源的利用率，逆变器的效率应达到一定的要求。执行标准规定，逆变器的输入电压为额定值时，输出功率≥75%的额定功率时，其效率应≥80%。（6）静态电流静态电流是评价逆变器空载时自身功率损耗的指标。是指在断开负载后，逆变器输入回路的直流电流。逆变器自耗电的电流值不应超过额定输入电流的3%或自耗电功率＜1W。（7）带载能力家用光伏系统应该具有较高的可靠性，逆变器应该具有较强的带载能力。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。标准规定如下：=1\*GB3①.当输入电压与输出功率为额定值，环境温度为25时，逆变器连续可靠工作时间应不低于4h；=2\*GB3②.当输入电压为额定值，输出功率为额定值的125%，逆变器安全工作时间应不低于1min。=3\*GB3③.当输入电压为额定值，输出功率为额定值的150%时，逆变器安全工作时间应不低于10s。=4\*GB3④.逆变器应具有抗容性和感性负载冲击的能力。（8）保护功能家用光伏系统应该具有较高的可靠性和安全性。逆变器应具有如下保护功能。=1\*GB3①.欠压保护当输入电压低于执行标准中规定的欠压断开（LVD）值时，逆变器应能自动关机保护。=2\*GB3②.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，设备应能正常工作。=3\*GB3③.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\*GB3④.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。=5\*GB3⑤.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。（9）安全要求=1\*GB3①.绝缘电阻逆变器直流输入与机壳间的绝缘电阻≥50M，逆变器交流输出与机壳间的绝缘电阻≥50M。=2\*GB3②.绝缘强度逆变器直流输入与机壳间应能承受频率为50HZ、正弦波交流电压为500V、历时1min的绝缘强度试验，应无击穿交流电压为1500V，历时1min的绝缘强度试验，应无击穿或飞狐现象。=3\*GB3③.输出安全性逆变器的高压输出端应使用安全插座，其电极不会被人手触及。噪声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%额定负载与满载时的噪声，该值应≤65dB。第六章建设规模与产品方案第一节建设规模年产100MVA光伏电源逆变器（并网型为主，离网型为辅；光伏电源逆变器为主，风力电源逆变器为辅）。太阳能光伏发电系统用电源设备、风光互补力发电设备等高附加值产品的研发和制造，产品范围为0.5-50KW单相模块化光伏逆变器和10-500KW三相模块化光伏逆变器，主要用于民用屋顶太阳能电站、商用、工业用和特种用途太阳能光伏并网和离网发电系统。第二节产品组合方案 表6-1产品组合方案序号产品名称产品规格平均单价（万元/台）1≤1KWOCV:12-48VMPPT:150-380V323KW3200WP,OCV:450VMPPT:150-380V35KW5500WP,OCV:450VMPPT:150-380V410KW11000WP,OCV:450VMPPT:200-380V530KW33000WP,OCV:780VMPPT:300-650V650KW66000WP,OCV:780VMPPT:320-650V7100KW110000WP,OCV:780VMPPT:320-650V8500KW520000WP，OCV：780VMPPT：320-650V第三节产品技术方案1重点开发面向国内外市场的模块化、可组合的抽屉式新型并网逆变器，通过技术创新实现产量的规模化、降低成本、提高产品一致性和可靠性。2纯正弦波逆变技术，目前世界上主要分三代技术：工频变压器逆变、高频变压器逆变、无变压器逆变。而本项目致力于最先进的第三代技术的开发。以5KW逆变器性能参数为标准，国内外产品性能对比如下：5kw逆变器性能参数并网电网容差率正弦波失真率逆变效率有无变压器体积重量第三代逆变器15％小于3%大于95%无变压器440/320/210约35kg国内主流产品10％5%87%高频变压器500/475/260约60kg国外SMA产品10％小于3%大于95%无变压器

450/352/236约35Kg第四节项目研究与开发内容6.4.1光伏电池发电最大功率点跟踪技术及算法以硅为基本材料的太阳能电池在不同的照射强度和温度下其I-V特性曲线各不相同，而输出与I-V特性相应存在一个最大功率输出点，因此对太阳电池最大输出功率点的追踪。MPPT(MaximumPowerPointTrace)成为提高整个系统效率的关键点之一。由于最大功率是动态的，因此如何在最快的时间内找到其最大功率点，是整个技术的关键。本装置使用了“缩小步长法”来寻找和跟踪太阳能电池的最大功率点。比起普通的MPPT算法来，寻找和跟踪速度更快。在实现最大功率点跟踪的时候，本装置时刻对输出电压和工作电流进行监控和保护。输出电压不能太高或太低，工作电流不能太大。当输出电压过低时，关闭整个设备；当输出电压过高时，跳出最大功率点跟踪状态，实行恒压供电模式，控制输出电压不超过逆变装置输入电压的上限。工作电流过高时，跳出最大功率点跟踪状态，实行恒流供电模式，使得工作电流始终不会超过整个装置能够承受的上限。6.4.2程控在线式PWM正弦逆变装置逆变部分采用全桥逆变电路，用IGBT（绝缘栅场效应管）和功率MOSFET（场效应管）作为逆变电路的功率器件，IGBT（绝缘栅场效应管）是电压控制型器件，它集功率MOSFET和双极型晶体管的优点于一体，具有驱动电路简单、电压和电流容量大、工作频率高、开关损耗低、安全工作区大、工作可靠性高等优点。逆变部分控制回路采用MCU程控PWM（脉冲宽度调制）技术，实现SPWM（正弦脉宽调制）开关驱动信号的输出。该技术是预先将正弦函数的各点的值以表格的形式存在MCU的EEPROM中。在MCU工作时，它不停地从表格中取出正弦函数的数据来控制PWM信号的占空比，使得PWM信号的占空比的变化随正弦函数值的变化而变。最后，用低通滤波器把高频的PWM波滤波滤走以后，就剩下低频的正弦波了。控制MCU采用最新的STC12C5052AD芯片，该芯片指令的执行速度快，指令编辑简单，位操作功能极强，并且集成了ADC、PWM、SPI总线、ISP、IAP等各种功能，从而使整个系统结构更加简单。正弦逆变部分是整个逆变装置的核心功能所在部分，其核心部件IGBT或者功率MOSFE的安全是最重要的。因此，本装置在每个功率器件上设有防高压冲击保护；在电源输入端设有共模滤波装置；在输出端设有功率器件工作电流监控，一旦功率管上电流过大，立刻切断输入电源。另外，考虑到功率器件的开关时间，为了防止同一桥臂上两个功率器件同时导通，因此给桥式逆变的功率器件的交替开关驱动信号上加了一个死区。即当同一桥臂上一个功率器件关闭，并相隔一定延时后再打开另一个功率器件。这样，能够非常有效地增加功率器件的寿命，也极大地减少了装置的开关损耗。本装置在实施上述MPPT功能的同时进行直流升压，利用一个大功率管和一个在线式升压电路，全桥逆变的输入电压升到320V直流，然后对高压直流电进行逆变，就可以得到220V的交流输出。无隔离逆变技术，是目前国际上最领先的逆变技术，国外有些大型光伏发电站已经开始使用该技术，但国内几乎很少使用。而这个技术的普及将是光伏并网发电中逆变装置的必然趋势。6.4.3并网发电技术为了优化电力结构和方便统一调度，并网发电已是大势所趋。本系统采用数字同步锁相技术解决系统自动迅速与电网同相位、同幅值并网。同时并网逆变单元采用功率因数校正、大功率变换以及高稳定性系统设计等技术实现并网控制系统和交流电网间功率能够双向调节。为了保证在切换至并网运行时不产生对负荷的冲击，通过并网逆变单元实现电流瞬时控制，将电流控制成50/60Hz正弦波，同步后送入电网。以正弦波电流的方式并网送电不会对电网产生谐波干扰和过多的无功分量。所以，电流的谐波含量和稳定程度是衡量该技术好坏的关键。第五节项目的技术关键，包括技术难点、创新点6.5.1项目的关键技术：1）最大功率点调节技术2）最大功率点快速寻找并跟踪的算法3）大电流恒流充电技术4）小电流恒压充电技术5）程控PWM6）在线式免变压器逆变技术7）纯正弦波逆变技术8）电网频率跟踪技术9）电网相位跟踪技术10）并网发电技术6.5.2项目需要攻克的技术难点：1）提高纯正弦波逆变器效率2）研发高效散热组装技术、小型化技术3）研发智能控制、驱动IC，并把智能控制、驱动IC、高压功率器件封装在一个模块内。4）逆变器系统中真正的MPPT控制方案确定和电路实现；5）并网逆变器与电网并联运行保护电路的设计；6）采用高频开关技术的光伏并网模块的小型、高效、高可靠性设计；7）电网频率跟踪技术；8）电网相位跟踪技术；9）反“孤岛运行”保护技术。6.5.3项目的创新点1）利用程控脉宽调制技术，使得装置的输出电压波形为纯正弦波，输出电压、频率和相位始终与市电电网相匹配，可并网发电。而且控制电路比起一般的脉宽调制电路来要简单得多。传统使用的一般是折线拟合技术，这样的方法很难产生纯正弦波。一般的脉宽调制方法，虽然可以产生正弦波，但是由于不是程控的，所以调节幅度、频率和相位都不够灵活精确。很难并网使用。2）同时运用了在系统可编程和在应用可编程技术，使得装置的生产、调试、维护简单化，大大降低了开发成本和维护成本。不使用在系统可编程或者在应用可编程技术，在生产和调试中，要对每块芯片进行烧写。一旦遇到问题，就必须将芯片从设备上拆下来，改正程序后再装上去。而使用在系统可编程和在应用可编程技术，可以在任何时候对芯片程序进行修改，不需要把芯片拆下来。3）逆变部分控制回路采用MCU程控PWM（脉冲宽度调制）技术，实现SPWM（正弦脉宽调制）开关驱动信号的输出。该技术是预先将正弦函数的各点的值以表格的形式存在MCU的EEPROM中。在MCU工作时，它不停地从表格中取出正弦函数的数据来控制PWM信号的占空比，使得PWM信号的占空比的变化随正弦函数值的变化而变。最后，用低通滤波器把高频的PWM波滤波滤走以后，就剩下低频的正弦波了。逆变部分淘汰了传统的工频变压逆变方法，也不使用相对先进的高频变压逆变方法，而是采用了国际上最先进的无隔离逆变。这种逆变方法不需要变压器，不管是体积、重量、效率等方面都优于前两种方法。更重要的是，这样的逆变形式适合输入电压范围很宽的情况。有利于同各种容量的太阳能电池的匹配，同时也适用于氢燃料电池等同样输入电压范围大的其他新兴能源电源。是今后逆变器发展的一个必然趋势。4）另外，本装置还提出了反“孤岛运行”保护技术。并网发电运行时，电网因意外情况出现停电时，并网运行设备应该能够及时检测出电网停电情况，并与电网断开连接，停止向电网送电，以保护人身和设备安全。针对并网的特点，我们采用了被动与主动相结合的检测技术，实现了“反孤岛”保护功能，确保了对电网停电的实时监测和及时反应，从而保证安全可靠运行。5）装置中没有变压器，使装置内耗减少到最低。不仅免去工频变压器，连高频变压器都被免去了。减小了装置体积，减轻了装置重量，降低了装置成本。传统的逆变器使用工频率变压器，它占了整个装置重量的80％、成本的50％、体积的50％。非常不经济，而且自耗很大。高频变压器虽然大大减小了体积，但是作为变压器，其自耗还是存在的。本装置省去了变压器，使用在线式升压电路，彻底告别了变压器逆变时代。使得逆变器本身的效率提高了。第六节产品构成及扩展1)单相模块化光伏并网逆变器0.5-5kW逆变模块，符合CE/VDE/UL国际标准要求。2)三相模块化光伏并网逆变器10-100kW逆变模块：可组成10kW-500kW和MW级大型逆变器，符合CE/VDE/UL国际标准要求。3)逆变器配套数据采集监控系统通过CAN/Ethernet/Internet/GPRS实现网络化设备监控、数据采集和管理系统集成/ODM/OEM。第七节技术指标项目产品的一般性技术指标：1）工作温度：环境允许最高温度：85环境允许最低温度：-45额定负荷下环境允许最高温度：452）输入参数：光伏电压值范围MPPT：150V-750V输入极性保护：有3）输出参数：可并网频率：48.5Hz-50.5Hz短路保护：有4）其它：最大转换功率：97%并网电网容差率：15%光伏并网逆变电源的技术质量目标指标如下：1）欧洲效率：≥96%；2）功率因数：≥0.99（接近1）；3）对电网不产生干扰，电流总谐波≤2.5%；4）太阳能电池最大功率跟踪（MPPT）的控制精度在≥95%；5）具有可靠并网保护功能：交流欠过压保护、交流欠过频保护、孤岛保护、直流输入欠过压保护、模块过热保护、直流输入防雷设计。第八节项目产品的主要用途和应用领域6.8.1项目产品的主要用途并网光伏发电是光伏发电进入电力和建筑市场的必由之路,光伏发电只有进入电力规模的应用,才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极的作用。光伏并网发电的大规模推广除了节约能源和减少环境污染外，还能够刺激光伏工业的迅速壮大，达到能源可持续性发展的目的，同时还可以提供大量的就业机会。光伏系统中，光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能，如变压器和电机等。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。本项目主要部分逆变器的的功能是将直流电转换为交流电，为“逆向”的整流过程，因此称为“逆变”。逆变器性能的改进对于提高系统的效率、可靠性，提高系统的寿命、降低成本至关重要。6.8.2光伏并网逆变器国内主要应用领域西部荒漠大型光伏并网发电站；国家“金太阳”工程；光伏建筑BIPV发电系统；政府绿色、环保示范项目；家庭屋顶小型发电站，自发自用；小型分布式发电系统。第九节项目产品的经济寿命期本项目产品分布式逆变电源，是应用于光伏并网发电系统中能量转换的关键设备，项目的技术水平已经处于