太陽能電池一般是電壓源,因此逆變器的主電路采用電壓型,太陽光發(fā)電站用逆變器的三種主電路形式如圖1所示。圖1(a)是采用工頻變壓器主電路形式,采用工頻變壓器使輸入與輸出隔離,主電路和控制電路簡單。為了追求效率,減少空載損耗,工頻變壓器的工作磁通密度選得比較低,因此重量大,約占逆變器的總重量的50%左右,逆變器外形尺寸大,是最早的一種逆變器主電路形式。
圖1(b)是高頻變壓器主電路形式,采用高頻變壓器使輸入與輸出隔離,體積小,重量輕。主電路分為高頻逆變和工頻逆變兩部分,比較復雜。是20世紀90年代比較流行的主電路方式。
圖1(c)是無變壓器主電路形式,不采用變壓器進行輸入與輸出隔離,只要采取適當措施,同樣可保證主電路和控制電路運行的安全性,體積最小,重量最輕,而且效率高,成本也較低。主電路包括升壓部分和采用高頻SPWM的逆變部分,比工頻變壓器主電路形式要復雜,但是適應輸入直流電壓范圍寬,有利于與太陽能電池進行匹配。盡管由于天氣等因素使太陽能電池輸出電壓發(fā)生變化,但有了升壓部分,可以保證逆變部分輸入電壓比較穩(wěn)定。將成為今后主要的主電路流行方式。
為了使無變壓器主電路形式安全運行,必須采取一定的技術措施:首先要使太陽能電池對地電壓保持穩(wěn)定;其次,為了防止太陽能電池接地造成主電路損壞,應檢測太陽能電池正極和負極的接地電流(通過零相互感器),如果不平衡電流超過規(guī)定值,說明太陽能電池有可能接地,接地保護立即動作,切斷主電路輸出,停止工作。由于無變壓器主電路形式沒有變壓器對輸入與輸出隔離,因此逆變器輸入端的太陽能電池的正負極不能直接接地,輸出的單相三線制中性點接地,因太陽能電池面積大,對地有等效電容存在(正極等效電容和負極等效電容)。該等效電電容將在工作中出現(xiàn)充放電電流,其低頻部分有可能使供電電路中的漏電開關誤動作而造成停電,其高頻部分將通過配線對其它用電設備造成電磁干擾,而影響其它用電設備正常工作。對這種對地等效電容電流必須在主電路加電感L1與電容C1組成的濾波器進行抑制,特別是抑制高頻部分。而工頻部分,可以通過控制逆變器開關方式來消除。當然在太陽能電池與主電路之間,還應當設置共模濾波器,防止對太陽能電池的電磁干擾。
2.無變壓器光伏逆變器優(yōu)點
先進的無變壓器光伏逆變器技術,以便降低系統(tǒng)的復雜性并最大限度地提高電力傳輸。確實有必要仔細看看無變壓器光伏逆變器技術是如何通過影響系統(tǒng)設計、效率和系統(tǒng)平衡(BoS)成本來幫助改變競爭格局的。
采用可分離的兩極+600和-600VDC電池組數(shù)組實現(xiàn)直接轉換這項新技術,無需在低壓三相電網上配備變壓器。這種配置不僅提高了發(fā)電效率,而且不需要傳統(tǒng)上所要求使用的逆變器變壓器,降低了相關的系統(tǒng)平衡(BoS)成本,還避免了與單極配置有關的不必要的線路衰減。
采用了無變壓器光伏逆變器技術的太陽能光伏系統(tǒng)在發(fā)電時,光伏模塊和負載之間不需要任何變壓器??蓪㈦娏哪孀兤髦苯愚D換并傳輸?shù)剿截撦d中。這要歸功于采用雙極±600VDC數(shù)組配置。無變壓器光伏逆變器具有以下優(yōu)點:
1)更高的效率,由于沒有隔離變壓器,從光伏模塊電源獲得的額外的1%到2%能源效率直接進入負載,在功率為500千瓦的時候,這意味著最低免費額外提供了5千瓦的輸出。
2)縮小設備和導線規(guī)模及數(shù)量,直接轉變成可用的電壓,而不是較低的單極逆變器交流電壓,而交流電電流降低一半以上,從而降低了交流電一端的電線成本。
3)降低材料和安裝施工成本,沒有一個變壓器,逆變器的尺寸更小,重量更輕。無變壓器光伏逆變器可安裝在商業(yè)建筑的屋頂上(而不是安裝在地下室),使其直接與五樓的安裝板連接。這樣的設計不僅可以免除昂貴的高達五層樓的直流電布線,而且還能縮短交流電電線的長度并降低相關成本。
4)無變壓器光伏逆變器技術采用大得多的電源優(yōu)化器(LineReactor)和較小的三角形濾波電容。這些較小的三角形濾波電容器也通過一種串聯(lián)電阻器進行緩沖,從而提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并且減少并聯(lián)逆變器之間的相互作用。帶有一種單一引擎設計的500千瓦逆變器也能減少零部件數(shù)量,從而提高整個系統(tǒng)的可靠性。
傳統(tǒng)逆變器還通過公用線路自干擾(如各種VAR發(fā)電)來檢測孤島情況。當與許多逆變器并聯(lián)時,這種干擾就會在所有逆變器之間產生VAR拍差頻率,所產生的假脫扣將使電場關閉。多個傳統(tǒng)逆變器及它們的大型三角電容器也會產生不穩(wěn)定性并吸收大量諧波電流。
這些問題都可以通過無變壓器光伏逆變器技術來避免。無變壓器光伏逆變器可以被并聯(lián)到一個中壓變壓器的單獨繞組上。每組逆變器僅需要一個獨立、標準的1000、1500、2000或2500kVAR規(guī)格的中壓變壓器。這就為站點配置提供了眾多可能性。由于其電流低于傳統(tǒng)逆變器的電流,因此安置逆變器和變壓器的方式還有更多靈活選擇。
無變壓器逆變器的尺寸約為傳統(tǒng)逆變器的一半,可直接轉換成更高的電壓,這就減少了所需占地面積、運輸和起重設備成本(加上遞增的設備墊板或公用機箱建造成本)以及連接繞組的大小和數(shù)量。此外,一個連接到無變壓器光伏逆變器的標準配電板可以在無需單獨變壓器的情況下向追蹤器供電。由于變壓器減少,系統(tǒng)中的電抗組件隨之減少,從而實現(xiàn)最穩(wěn)定的運行狀態(tài)。此外,每個逆變器均通過以太網進行自動和獨立尋址,從而消除了一切干擾問題。
此外,完全被動的反孤島技術(anti-islandingtechnique)不會干擾帶VAR偏差的公用電壓,也不會在路線上設置其它瞬態(tài),因此能夠實現(xiàn)高效、順暢、穩(wěn)定的電源,這一起都為了相對削減安裝成本。