浅谈逆变技术在光伏系统中的应用

陈雷博　中国电力科学研究院

浅谈逆变技术在光伏系统中的应用

陈雷博中国电力科学研究院

简单介绍了逆变器的基本原理、逆变器基本分类和国家能源局颁布的《光伏发电并网逆变器技术规范》。

并网逆变器；离网逆变器；光伏系统；行业标准

太阳能是最具发展前景的绿色再生能源，早已成为世界各国研究的重点之一，正在快速蓬勃的发展。中国是太阳能资源大国，具备了广泛应用光伏发电技术的地理条件。我国的光照资源主要分布在西北地区，1 km2可安装100 MW光伏阵列，年可发电1.5亿kWh。丰富的太阳能资源为光伏发电技术的发展提供了可靠的基础能源。

1　光伏发电系统简述

光伏发电系统就是把光能转换成直流电能，再由直流经逆变器转化成交流的系统。所以逆变器是光伏发电系统中的关键设备之一，其系统示意图为图1所示。

由图1可知，整个太阳能光伏发电系统除了由太阳能电池组件、光伏控制器、逆变器、蓄电池4大组成部分外。

2　逆变器基本工作原理

2.1逆变器基本原理

逆变器实际上是一种开关电源。首先低压直流电经过电子器件变换成频率50 Hz的低压交流电，然后经过逆变变压器处理生成高电压的交流电。最后还要对升压后的电流进行滤波处理才能供一些设备使用。

图1　光伏发电系统示意图

图2　单相并网逆变器工作原理示意图

3　逆变器的分类

（1）光伏并网逆变器

并网逆变器是光伏系统的电网接入设备，将光伏阵列的直流电能转化为交流电能后馈入电网，并网逆变器的输出需要检测电网情况后再进行并网动作(必须在相位、频率、电压与电网一致时并网输出，逆变器的功率因数近于1)。并控制有功功率和无功功率。并网逆变器应有低电压穿越功能，在电网电压波动时完成各项保护功。

（2）光伏离网逆变器

离网逆变器离开电网后可独立工作。离网逆变器相当于一个独立的小电网。可带阻容性及电机感性等负载，应变快、抗干扰，适应性及实用性强，是停电应急电源和户外独立供电首选电源产品。适用于电力系统，通信系统、铁路系统、轮船、居民、太阳能车、航运、医院、商场、学校,光伏电站等场所。

日常生活中除工业生产需要离网逆变器外，家庭也可使用微型离网逆变器。在停电的时侯逆变器将蓄电池内的电输送到电器上,只要平时确保充电。逆变器的输出电压是220 V交流电。

4　逆变器行业标准及检测项目

4.1主要检测项目

（1）逆变效率

逆变效率是衡量一台逆变器采用功率电路的优劣的十分重要的性能。我国《光伏发电并网逆变器技术规范》中规定：要求不带隔离变压器型逆变器的转换效率最大值应不低于96%，带隔离变压器型逆变器的转换效率最大值应不低于94%，还要求在高低温的状态下检测逆变器的转换效率和最大功率点跟踪（MPPT）、静态效率跟踪。对逆变器的每个负载点都要测试，得到逆变器的整个负载的效率曲线，因为逆变器在实际环境中应用时，不可能完全处在最大效率点运行，也不会完全处在满载下运行。

（2）谐波电流试验

如果逆变器产生大量非正弦波，从而在接入电网的输入端产生很大的谐波峰值干扰，供给电网严重畸变的非正弦波电流。输入谐波会造成很多危害，主要危害有：①使电能的产生、传输和利用的效率降低，使得电器设备过热、产生振动和噪声并使绝缘加速老化，使用寿命缩短，甚至发生故障；②可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波分量放大，造成电容器等设备的烧坏；③使测量仪器产生附加谐波误差。常规的测量仪器是设计工作在正弦电压、电流波形条件下能保证精度，但是这些仪表在测量到非正弦量时，就会产生附加误差，影响精度；④谐波还会引起继电器和电动装置误动作。谐波影响是逆变器需要处理的主要技术指标。所以标准规定逆变器在运行时，注入电网的电流谐波总畸变率限值为5%，奇次谐波电流含有率限值表1，偶次电流谐波含有率的限值见表2。

（3）防孤岛保护试验

孤岛效应的检测一般分成非计划性孤岛和计划性孤岛。非计划性孤岛就是在电网正常运行的情况，不受控的发生孤岛。电网失压时，光电系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态，导致非匹配负荷运行的情况。非计划孤岛内的功率是不平衡的，若长时间运行必然会导致孤岛系统中电压和频率的严重偏离造成周围负荷用电设备的严重损坏。其主要危害：①危害电力维修人员的生命安全；②影响配电系统上的保护开关动作程序；③孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定会对用电设备带来破坏；④当供电恢复时造成的电压相位不同步将会产生浪涌电流，可能会引起再次跳闸或对光伏系统、负载和供电系统带来损坏；⑤光伏并网发电系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题。

表1　奇次谐波电流含有率限值

表2　偶次谐波电流含有率限值

计划性孤岛是主配电系统有计划的停止工作或检修的情况下，与之相关的开关设备断开后，由逆变器独立向负荷供电，主配电系统断开后，逆变器与当地负荷一起组成一个小的孤立电网。

对防孤岛保护试验《行标》规定，逆变器并入10 kV及以下电压等级配电网时，应具有防孤岛效应保护功能。若逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2 s内停止向电网供电，同时发出警示信号，详见表3。

表3　防孤岛效应保护试验条件

（4）其他检测项目

《光伏发电并网逆变器技术规范》中针对逆变器的电气性能、保护功能、通讯、有功功率控制等多个项目进行测试。详见表4。

Discussion on Inverters Technology in Photovoltaic System Application

Chen Leibo
China Electric Power Science Research Institution

The article introduces working principle of inverters, basic classification of inverters and published by national energy bureau.

Connection with Grid Inverters, Disconnection with Grid Inverters, Photovoltaic System. Industry Standard

表4　光伏逆变器检测项目表

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.12.010