光伏发电及并网逆变技术概要.ppt

1、光伏发电系统及并网逆变器 设计的关键技术,目 录,光伏并网逆变技术的发展,1,2,并网逆变器设计的关键技术,3,4,特变电工光伏并网产品简介,5,光伏发电系统简介,太阳能电池的历史和应用,1,太阳能电池的历史和应用,1.太阳能电池的历史和应用,1839年，法国贝克勒尔发现了 “光生伏打效应”,1954年，美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松开发出效率为6%的硅太阳电池,1904年，爱因斯坦发表光电效应论文,1.太阳能电池的历史和应用,1954年美国贝尔实验室,太阳能电池的结构,1.太阳能电池的历史和应用,1.太阳能电池的历史和应用,单晶硅电池,多晶硅电池,非非晶硅电池,1.太阳能电池的历史和应用,

2、太阳能电池 组件 光伏阵列,太阳电池的I-V特性及功率曲线,1.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,随着太阳电池温度的增加，开路电压减少，在20-100C范围，大约每升高1C每片电池的电压减少2mV；而光电流随温度的增加略有上升。总的来说，温度升高太阳电池的功率下降，典型功率温度系数为0.35%/C。也就是说，如果太阳电池温度每升高1C，则功率减少0.35%。,温度对电池的影响,1.太阳能电池的历史和应用,光强与太阳电池组件的光电流成正比，在光强由100W/m2 - 1000W/m2范围内，光电流始终随光强的增长而线性增长；而光强对光电压的影响很小，在温度固定的条件下，

3、当光强在400W/m2 - 1000W/m2范围内变化，太阳电池组件的开路电压基本保持恒定。,光强对电池的影响,1.太阳能电池的历史和应用,1.太阳能电池的历史和应用,防止热斑现象的办法就是加装旁路二极管和阻断二极管。 旁路二极管的作用是在被遮挡组件一侧提供电流通路； 阻断二极管的作用是阻断被遮挡组件上的反向电流。,防止热斑现象,2,太阳能发电系统简介,2.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、海岛等地区的太阳能独立供电的系统,独立光伏发电系统,2.太阳能发电系统简介,小型户用太阳能并网发电系统,建筑一体化屋顶并网方式（BIPV） 功率范围：几百瓦-几个兆瓦,并网方式是以

4、光伏系统是否允许通过供电接点向电网送电分为逆潮流和非逆潮流，有无储能设备确定并网发电方式。,2.太阳能发电系统简介-并网方式,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，不足部分由电网提供，应用于太阳能光伏建筑。,2.太阳能发电系统简介,有储能的逆潮流光伏并网发电系统: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，系统成本增加。,2.太阳能发电系统简介,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，大中型光伏电

5、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，发电和用电分开计量。国外住宅光伏并网发电多采用这种方式。,2.太阳能发电系统简介,带储能功能的光伏并网发电系统 提供负载用电,储存电能,可以离网供电,2.太阳能发电系统简介,无储能的光伏并网系统 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；光伏并网系统没有储能设备。,2.太阳能发电系统简介,2.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 通常单个电站装机容量十兆瓦以上,无储能并网 斜式单轴自动跟踪大型光伏并网发电系统。 与固定式非跟踪系统相比，发电量提高30%。,2.太阳能发电系统简介,光伏并网逆变技术

6、发展简介,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，从开始发展至今经历了以下五个阶段,第一阶段：20世纪50-60年代，晶闸管SCR的诞生为逆变器的发展创造了条件； 第二阶段：20世纪70年代，晶闸管GTO及BJT的问世，使逆变技术得到发展和应用； 第三阶段：20世纪80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; 第四阶段：20世纪90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技术的发展； 第五阶段：21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。,3.光伏并网逆变技术发展简介,

7、光伏并网逆变器的产业链,核心功率器件如IGBT模块、断路器、接触器，核心控制芯片DSP等主要依赖进口,全球逆变器装机量中，中国制造占有量占不到2%,中国光伏系统年装机量不到全球总装机量的5%,3.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。SMA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之一，第二位是Fronius，全球前七位的生产企业占领了近70%的市场份额。,国际逆变器发展现状,3.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差距，目

8、前具有较大规模的厂商有合肥阳光、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。,国内逆变器发展现状,3.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： 串式并网逆变器 小型并网发电系统 组串式并网逆变器 小型并网发电系统 微型并网逆变器 小型并网发电系统 集中式并网逆变器 大型及超大型并网发电系统,3.光伏并网逆变技术发展简介,串式逆变器,3.光伏并网逆变技术发展简介,组串式逆变器,其中，高效率集中式和微型并网逆变器将是未来并网逆变器的发展方向。,集中式逆变器,微型逆变器,3.光伏

9、并网逆变技术发展简介,光伏并网逆变器设计的关键技术,4,光伏并网逆变器的拓扑结构研究； 光伏阵列的最大功率跟踪技术； 反孤岛控制技术； 功率因数控制技术； 并网逆变器漏电流抑制技术； EMI/EMC设计技术； 核心：提高逆变器效率； 难点：低漏电拓扑结构；,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-小功率系统,小功率光伏逆变器设计的关键技术,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-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 隔离，光伏系统与地之间无漏电流。 缺点： 成本高、体积笨重、整机效率低。,工频隔离型,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-小功率系统,优点：高频隔离、漏电流小，效率

10、较高，最大效率96%。 缺点：硬件电路复杂，两级控制，EMI/EMC设计较难；,高频隔离型,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-小功率系统,优点：结构简单，效率最高，最大效率98%以上； 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。,非隔离型,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-小功率系统,非隔离型并网方式 宽输入电压范围 最高效率98% 可直接并联 智能化、小型化 高防护等级 基于光伏组件的微型逆变器也将是未来逆变器的重要发展方向；,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：漏电流实际上是光伏阵列两端对地等效Y电容上的共模电流

11、。根据TN配线规范，电网N极物理上与大地PE极相连，如果PV正端或者PV负端对电网N极上有较大电压跃变，由i=C(dU/dt)可知，PV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，漏电流将会增加电磁辐射和安全隐患。,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-小功率系统,解决漏电流非隔离型拓扑结构,H5拓扑技术,HERIC拓扑技术,Karschny拓扑技术,以上拓扑结构均可有效解决漏电流问题,大功率光伏逆变器系统的建模和仿真技术； 光伏阵列的最大功率跟踪技术； 低电压穿越技术； 功率因数控制技术； 结构和热设计技术； 批量产品化技术； 系统监控技术 核心：提高逆变效率，降低并网谐波

12、； 难点：并网控制技术；,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-大功率系统,大功率三相光伏逆变器设计的关键技术,建模和仿真技术,研究基于大型数值模拟软件Matlab的光伏逆变器建模技术，及直接基于State Flow 的DSP微控制器的C+源代码仿真技术；实现控制器源代码直接基于虚拟仿真平台编辑和调试。 -优化电路参数、提升系统效率、实现软件代码的虚拟调试,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-大功率系统,并网控制技术,研究并网逆变器功率因数调节技术； 研究光伏阵列最大功率跟踪技术； 研究并网逆变器低电压穿越控制技术 -实现光伏电站的功率因数、MPPT、低电压穿越控制,4. 光伏并网逆变器设计的关键技术-大功率系统,通过分析功率器件的使用环境、热循环周次和寿命之间的关系，提高IGBT模块的使用寿命；通过研究金属膜电容器替代电解电容的最优设计方案，实现长寿命金属膜电容器在光伏并网逆变器的应用；通过优化直流叠层母排的设计，降低母排的寄生电感，从而降低IGBT模块的动态损