目录 1 光伏并网逆变技术发展简介 2 光伏并网逆变器设计的关键技术 3 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 4 特变电工光伏并网产品简介

高效光伏并网逆变技术 2011 年 2 月 24 日

目录 1 光伏并网逆变技术发展简介 2 光伏并网逆变器设计的关键技术 3 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 4 特变电工光伏并网产品简介

1 光伏并网逆变技术发展简介

1. 光伏并网逆变技术发展简介 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

1. 光伏并网逆变技术发展简介 光伏并网逆变器的产业链 上游 电子元件生产商 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 光伏并网逆变器生产商 中游 全球逆变器装机量中, 中国制造占有量占不到 2% 光伏并网发电系统 下游 中国光伏系统年装机量不到全球总装机量的 5%

光伏并网系统特点 1. 光伏并网逆变技术发展简介 分布式发电, 可在电网多处接入 ; 模块组合, 通过组件的串并联达到所需功率等级, 便于安装及维修 ; 白天发电, 发电功率随天气变化而变化, 各地区年发电小时不一致 ; 光伏并网系统由光伏组件 并网逆变器 配电系统 计量装置 监控系统构成 通过并网逆变器将光伏组件所发直流电转换为与交流电网同频同相的电流并入电网 ;

2 光伏并网逆变器设计的关键技术

2. 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 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 ;

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 小功率系统 工频隔离型 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

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 小功率系统 高频隔离型 优点 : 高频隔离 漏电流小, 效率较高, 最大效率 96% 缺点 : 硬件电路复杂, 两级控制,EMI/EMC 设计较难 ;

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 小功率系统 非隔离型 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

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 小功率系统 小功率并网逆变器的发展方向 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 ;

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 小功率系统 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 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

解决漏电流非隔离型拓扑结构 H5 拓扑技术 Karschny 拓扑技术 HERIC 拓扑技术 以上拓扑结构均可有效解决漏电流问题

解决漏电流非隔离型拓扑结构 本拓扑结构允许纯无功负载, 能够提高对电网的无功补偿, 也能满足双向功率流动, 应用 sic 肖特基二极管, 最高效率 >98%. V T 6 -- 特变电工专利技术

2. 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 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 ; 难点 : 并网控制技术 ;

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 大功率系统 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

2. 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 ; rid Angle D etection 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

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 大功率系统 结构和热设计技术 完成结构设计 提升转换效率 基于 Pro/ENGINEER Wildfire 的 3D 结构设计, 在工作站中即可虚拟完成产品所有部件的可视化整体布局 柔性配置 干涉自动检查 配线及工艺流程等设计工作 采用 FLOTHERM 热仿真软件对结构进行热仿真, 优化结构设计

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 大功率系统 批量产品化技术 批量产品化技术 实现批量化的技术和生产条件 批量产品生产工装与工艺 ; 逆变器的测试技术标准 ; 逆变器的长寿命设计和维护技术 ; 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 模块的动态损耗 ;

2. 光伏并网逆变器设计的关键技术 - 大功率系统 系统监控技术 ---- 实现光伏电站的可 视化管理 无人值守 远程控制 大型并网电站监控系统 的硬件架构设计技术 ; 光伏电站的远程调度与 逆变器群控技术 ; 光伏电站监控软件设 计 ;

3 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.1 大功率逆变器低负载率情况下的谐波抑制和效率提升技术 -- 行业共性技术难题 100.0% 99.0% 98.0% 97.0% 96.0% 95.0% 94.0% 93.0% 92.0% 91.0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 16.0% 14.0% 12.0% 10.0% 8.0% 6.0% 4.0% 2.0% 0.0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.1 典型并网系统结构分析 逆变器损耗主要包括 : IGBT 损耗 + 滤波电抗器损耗 + 散热系统损耗

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.1 大功率逆变器低负载率情况下的谐波抑制和效率提升技术 -- 1MW 系统拓扑结构 ( 传统方式 ) 优点 : 结构简单, 连线方便, 控制易于实现 缺点 : 5%- 20% 低负载率下效率低, 电流 THD 超标 ;

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.1 大功率逆变器低负载率情况下的谐波抑制和效率提升技术 -- 1MW 系统拓扑结构 ( 共直流母线 ) 优点 : 减小弱光下的效率及 THD 问题 缺点 : 控制复杂, 仍然无法完全解决 10% 以内的效率及 THD 问题 ;

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.1 大功率逆变器低负载率情况下的谐波抑制和效率提升技术 -- 1MW 系统拓扑结构 ( 多模块并联 ) 优点 : 在 5%-100% 负载率下效率几乎不变, 5%- 20% 低负载率下电流 THD 仍可保持在 5% 以下 不足 : 整体效率偏低

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.2 基于 Double Filter(DF) 的大功率光伏并网逆变技术 -- 解决弱光情况下并网逆变器的谐波超标 效率较低问题

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.2 采用 DF 技术的大功率逆变器效率仿真分析 基于 DF 技术的 500kW 逆变器在不同负载率情况下损耗分析 负载率 工作电流 IGBT 损耗二极管损耗电抗器损耗 IGBT 总损耗静态损耗动态损耗静态损耗动态损耗铁损耗铜损耗 效率 5% 48 16 12 2 84 342 220 31 97.63% 10% 96 34 24 6 86 450 220 61 98.54% 15% 144 54 36 8 88 558 220 138 98.78% 20% 192 72 48 10 90 660 220 244 98.88% 30% 289 116 72 16 94 894 700 175 98.82% 40% 385 162 96 22 96 1128 700 311 98.93% 50% 481 210 120 28 100 1374 700 486 98.98% 60% 577 264 144 34 102 1632 700 700 98.99% 70% 674 322 168 40 106 1908 700 953 98.98% 80% 770 382 190 46 110 2184 700 1245 98.97% 90% 866 446 214 52 112 2472 700 1575 98.95% 100% 962 516 338 60 116 3090 700 1945 98.85% 1

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.2 基于 Double Filter(DF) 的大功率光伏并网逆变技术 -- 效率对比 0% 90% 100%

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.2 基于 Double Filter(DF) 的大功率光伏并网逆变技术 -- 效率对比 负载率 多模块并联 单滤波器结构 TBEA( DF) 5% 97.7% 95.8% 97.63% 10% 97.7% 97.7% 98.54% 15% 97.7% 98.3% 98.78% 20% 97.7% 98.6% 98.88% 30% 97.7% 98.8% 98.82% 40% 97.7% 98.9% 98.93% 50% 97.7% 99.0% 98.98% 60% 97.7% 99.0% 98.99% 70% 97.7% 99.0% 98.98% 80% 97.7% 99.0% 98.97% 90% 97.7% 98.9% 98.95% 100% 97.7% 98.9% 98.85% 100.0% 99.0% 98.0% 97.0% 96.0% 95.0% 94.0% 93.0% 92.0% 91.0% 90.0% 多模块并联 单滤波器结构 TBEA

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.3 基于 Double Filter(DF) 的大功率光伏并网逆变技术 -- 谐波对比 负载率 多模块并联 单滤波器结构 TBEA( DF) 20.00% 5% 3.50% 17.2% 3.1% 10% 3.5% 15.1% 3.3% 15% 3.6% 9.5% 3.4% 20% 3.8% 6.9% 3.4% 30% 3.8% 4.2% 4.5% 40% 3.8% 3.9% 3.8% 50% 3.9% 3.2% 3.2% 60% 4.2% 3.1% 3.1% 70% 4.2% 2.8% 2.9% 80% 4.3% 2.7% 2.8% 90% 4.5% 2.5% 2.6% 100% 4.5% 2.5% 2.6% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 多模块并联单滤波器结构 TBEA

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 采用 DF 技术的光伏并网逆变器, 并网电流 THD 也大幅降低 采用 DF 技术后, 在低负载率下, 效率得到大幅提升

3. 基于双滤波器 (DF DF) 的光伏并网技术 3.3 经济运行分析 一个 10MW 光伏电站, 年发电 1500 小时, 采用 DF 技术与多模块并联逆变器相比, 每年多发电量约 10*10e6*1500*(0.986-0.976) =150000 度 如果每天平均 2.5 小时工作在 20% 负载率以下情况下, 与主从多模块逆变器相比, 总发电多量 : 0.2*10*10e6*2.5*365*(0.985-0.973) =18250 度

4 特变电工光伏并网产品简介

4 特变电工光伏并网产品简介 并网电站通常由光伏阵列 汇流箱 智能配电柜 逆变器 变压器和监控系统组成 TBEA 提供全套光伏并网系统解决方案 36

特变电工光伏并网产品简介 逆变器 GC-500KTL 并网逆变器 采用基于滤波器网络的专利技术, 实现逆变器的全功率段的高效率 低谐波 ; 采用金属膜电容, 优化的结构和热设计技术, 完善的老化试验和系统的逆变器维护方案, 实现逆变器 25 年的超长寿命 ; 无功调节 功率因数调节 有功限发 远程群控等多种工作模式选择 ; 孤岛保护模式 低电压穿越等多种保护模式, 金太阳 TUV 认证 ;

特变电工光伏并网产品简介 逆变器 GC-100K3 工频隔离型 100kW 高效逆变器 采用非晶合金变压器, 优化的空间矢量调节技术, 系统最高效率达到 97.7%, 欧洲效率达到 97%; 采用金属膜电容器,EBM 散热风机, 寿命可以达到 25 年以上 ; 金太阳 TUV 认证 ;

特变电工光伏并网产品简介 逆变器 GC-50K3 工频隔离型 50kW 高效逆变器 系统最高效率达到 96.8%, 欧洲效率达到 96.1%; 采用金属膜电容器,EBM 散热风机, 寿命可以达到 25 年以上 ; 超强的过载能力, 过载 110% 可以长期运行 ; 金太阳 TUV 认证

特变电工光伏并网产品简介 逆变器 GC-3KTL 非隔离型 采用专利高效率拓扑结构, 系统最高效率达到 98.1%, 欧洲效率达到 97.5%; IP65 防护等级, 室外使用 ; 金太阳 TUV 认证 ; 支持多种无线通讯技术,

特变电工光伏并网产品简介 逆变器 技术优势 采用目前性能最优的元器件, 产品中 90% 以上的器件均为国际领先技术企业提供, 确保产品的质量 使用寿命及稳定性和可靠性, 并且提高逆变器效率 ; 采用实时锁相技术, 相比业内的过零点锁相, 能够更加快速跟踪电网的变化, 而且能够在 -0.9 到 +0.9 之间更加精确调节功率因数, 以满足电网对无功的需求 ; 采用 3D 软件进行机柜结构设计, 确保机柜满足电气性能指标, 并且节约空间 ; 采取空间矢量控制技术对并网电流进行控制, 减小并网电流的总谐波含量, 并且对电网电压进行实时反馈, 当电网电压谐波较高的时候仍然可以确保并网电流谐波含量 <3%;

特变电工光伏并网产品简介 逆变器 技术优势 快速并网功能, 我公司并网逆变器并网功率可在 0.5S 内由 0 增加至额定功率, 减少发电功率损失 ; 快速 MPPT 功能, 我公司采用优化 MPPT 算法, 系统启动后能够在 0.5S 内跟踪到最大功率点, 跟踪效率 >99%; 采用金属膜电容作为 DC-link 电容, 克服以往电解电容低寿命的缺点, 在产品使用寿命内不需要更换 ; 采用 TI 最新的 32 位高速 DSP 处理芯片, 动态响应快, 控制精准 ; 提供 5 年质保期, 远高于同行的 1-3 年质保期 ; 具备低电压穿越功能, 当电网电压瞬间跌落的情况下能够实现对电网的有效支撑, 低电压穿越曲线按照国家电网公司技术标准执行 ;

特变电工光伏并网产品简介 逆变器 技术优势 支持有功功率限发功能, 可通过监控系统进行发电调度, 远程调节光伏系统的发电功率 ; 可靠的孤岛保护功能, 采用被动与主动相结合的孤岛检测方式, 在 100% RLC 负载完全匹配的情况下可在 2S 之内断开与电网的链接, 满足相关标注要求 ;

特变电工光伏并网产品简介 监控系统 换 - 单 模 信管理机 4 8 5 或传输 R S 4 8 5 或无线传输 R J 4 5 R S 4 8 5 或无线传输 柜 安 防 系 统 视屏监控系统 五防系统 TBEA 光伏电站监控系统分为单机版 网络版和供应商版

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