大型光伏电站中逆变器和控制设备的技术发展方向
未来光伏发电技术的发展趋势
未来光伏发电技术的发展趋势摘要：能源问题已经成为了如今各个国家面临的重大难题。
在全球各国可持续发展中，能源起到了非常重要的作用，一种不可或缺的战略资源，而现在像石油、煤炭等不可再生能源都在逐渐被消耗殆尽，所以，人们开始探索新型能源来解决社会生产与发展对能源的庞大需求问题。
在这种种新能源中，太阳能便属于一种较为清洁、环保的能源。
而本篇文章就将在简要阐述我国光伏发电产业现状的前提下，对光伏发电技术的具体应用进行探讨，并围绕其今后的发展趋势做出分析。
关键词：太阳能资源；光伏发电；应用现状光伏产业已经被列为如今国际能源竞争的关键领域之一。
最近一些年来，光伏发电技术不断得到发展，更新升级步伐不断加快，已经从常规铝背场（BSF）太阳电池技术改变成背钝化 (PERC) 太阳电池技术、从砂浆切割技术转变为金刚线切割技术、从多晶硅太阳电池转变成单晶硅太阳电池，这每轮技术变革都意味着落后于技术变革速度、应对能力薄弱的光伏企业将有可能遭到行业市场的淘汰。
所以，对下轮光伏发电技术的发展趋势进行科学合理的预判，围绕光伏发电技术的产业化发展趋势，这不仅直接影响着光伏企业能否保持稳定持续的发展状态，同时也对光伏产业的可持续发展起到了不容忽视的影响。
一、我国光伏发电产业的现状从原理角度来看，光伏发电主要是把太阳能转换成电能，由太阳能光伏组件、变压器、逆变器以及配电装置等共同组成一个系统，不但这样，也增设了监控系统、有功无功控制系统以及无功补偿系统等多个附属系统，通过这样的方式，构造出了一个较为健全的发电系统。
在该系统里，光伏发电一般包括两个不同的形式，即一个为集中式发电形式，另一个为分布式发电形式。
其中，分布式电网通常设置在城市建筑物屋顶上，安装于建筑物上，从而构成一个电网，其具有的优点为占地面积小、安装设置较为方便且灵活，可以依照不一样的地势与建筑物展开建造设置，并且成本并不昂贵。
分布式电网在建设时无需对负载性能进行考虑，如此就能够明显地节省开支。
光伏电站并网逆变器功率控制
光伏电站并网逆变器功率控制光伏电站并网逆变器功率控制是光伏发电系统中一个重要的技术环节。
它的作用是将太阳能光伏板所产生的直流电转换为交流电，并输出到电网中供用户使用。
在光伏电站中，逆变器是一个核心设备，它具有功率控制的功能，能够根据光伏板的输出功率、电网的负荷情况以及系统的安全性要求等因素，动态地调整逆变器的功率输出，以保证系统的运行稳定和安全。
本文将对光伏电站并网逆变器功率控制的原理和方法进行探讨。
一、光伏电站的运行原理在光伏电站中，光伏板接收太阳能辐射，将太阳能转化为电能。
由于光伏板的输出是直流电，而电网需要的是交流电，因此需要使用逆变器将直流电转换为交流电，并将其输出到电网中。
光伏电站的运行非常依赖于光照强度和太阳的角度。
当太阳照射光伏板时，光子会与光伏板上的半导体材料发生光电效应，产生电子-空穴对。
通过将这些电子-空穴对引导到电池片中，就可以形成电流。
这就是光伏板产生电能的基本原理。
二、光伏电站并网逆变器功率控制的意义光伏电站并网逆变器功率控制在光伏发电系统中具有重要的意义。
它能够根据光伏板的输出功率和电网的负荷情况，动态地调整逆变器的功率输出。
这样可以确保光伏电站对电网的稳定供电，并能够将多余的电能注入到电网中。
另外，光伏电站并网逆变器功率控制还能够提高系统的安全性，避免超载和故障等问题的发生。
三、光伏电站并网逆变器功率控制的方法光伏电站并网逆变器功率控制的方法主要包括响应式功率控制和主动功率控制两种。
响应式功率控制是根据电网电压和频率的变化来调节逆变器的输出功率。
当电网电压或频率发生变化时，逆变器能够根据这些变化自动调整输出功率，以保证光伏电站对电网的稳定供电。
这种方法的优点是实现简单、成本低，但其响应速度相对较慢。
主动功率控制是通过控制逆变器的工作方式和输出功率，来实现对光伏电站的功率控制。
在这种方法中，逆变器可以通过监测光伏板的输出功率和电网的负荷情况，来动态地调整逆变器的功率输出。
并网光伏逆变器 (大功率)解读
电磁干扰的要求
电网对逆变器产生的干扰：电压涨跌，频率漂移，不平衡，电 气噪声，浪涌等。要求逆变器不能损坏。
逆变器对于电网产生的干扰： 电流谐波，电压波动、电压闪 变、无功功率、电网阻抗、干扰叠加等。必须符合相关标准。 逆变器对于其他电器的干扰： 传导干扰，辐射干扰等。必须 符合相关标准。
电磁干扰对策：
发展方向： 1.使用更精确、更快速的数字锁相电路
2.如何克服在大功率并网时，电网电压采样电路的波动影响
目
录
1 大型光伏电站的系统构成 2 逆变器常见拓扑结构和发展方向 3 逆变器的转换效率
4 逆变器的保护功能
5 逆变器并网电流谐波 6 电磁兼容技术 7 最大功率点跟踪方式 8 电网锁相技术 9 孤岛效应检测技术 10 光伏电站的群控、监控及调度技术
保护类型：
• 电网电压过欠压
• 电网电压过欠频 • 交流输出短路保护 • 孤岛效应保护 • 逆变器过热保护 • 直流极性反接保护 • 直流过压保护
• 逆变器过载保护
• 逆变器对地漏电保护 • 逆变器内部自检保护（防雷器损坏，接触器故障，变压器过热，A/D通道
损坏，IGBT损坏等等）
低电压穿越 （LVRT）
6 电磁兼容技术
7 最大功率点跟踪（MPPT） 8 电网锁相技术
9 孤岛效应检测技术
10 光伏电站的群控、监控及调度技术 11 大规模应用的技术发展方向
并网电流谐波要求
国网公司对于光伏电站并网电流的谐波要求
并网电流谐波要求
鉴衡认证对于光伏并网逆变器并网电流的谐波要求 总谐波<5%
并网电流谐波的抑制
嵌入式控制板
• CUP（单DSP或双DSP系统），应用中TI的TMS320F2812/28335居多。 • 外围功能电路： 模拟和开关信号处理；逻辑运算；通讯；电源管理等。
大型地面光伏电站逆变器的选择
地面光伏电站逆变器选择1. 逆变器的研发设计要对西部恶劣的自然环境有充分预估地面电站中出现的很多问题与电站安装环境都息息相关，中国地面光伏电站主要集中在宁夏、内蒙古、甘肃、青海、新疆等西北地区，主要的土地类型为国有未利用戈壁、沙漠及荒地等，环境非常恶劣。
其中，高热、高寒环境会造成逆变器寿命减短，高海拔、多风沙环境会影响电气绝缘与散热问题，甚至存在老鼠、虫子等爬进逆变房中新陈代谢造成的腐蚀性问题等。
近几年西北电站中的大范围使用证明，国内逆变器品质大部分都符合了应对严苛环境的条件，而个别企业在技术方面的创新仍不断提高着对严苛环境的抵御能力。
以国内新晋技术创新品牌——茂硕电气为例，其SC500-1000KTL集中型逆变器在风道设计中便采用了分散热源的创新设计，同时配合德国风机为设备在高热环境中提供更佳的散热性能，在温度-30°C ~ +55°C范围内可连续可靠运行。
茂硕电气研发团队还针对西部自然环境，对逆变器进行了专门的防风沙、防腐蚀、抗低温等应用设计。
2. 逆变器要面对严苛的电网要求中国的光伏除少量在西部无电地区和东南部海岛应用的离网微网应用以外，大多都需要接入电网，而一定规模的光伏发电接入电网将对电网的稳定性产生冲击。
西部大型地面光伏电站受本地用电量小限制，所发电量主要通过升压后并入高压电网进行输送，考虑到电网稳定与安全等因素，电网公司会对其接入方案的友好性方面要求格外严苛。
据国家电网相关人员介绍，谐波干扰是电网接入非常重要且强制性的指标之一，国内设备招标中一般要求THDi<3%。
茂硕电气SC500-1000KTL集中型逆变器通过创新的磁件设计，不仅大大提高了机器整体转换效率（98.8%）同时还大大降低谐波干扰（THDi<2%），而据了解能够做到THDi<2%的逆变器企业包括茂硕电气在内目前国内仅有两家。
另外，茂硕电气SC500-1000KTL集中型逆变器各类保护功能力求做到全面，顺利通过电网故障穿越测试，更好地适应弱电网场景；目前采用薄膜电容，可承受1000V直流电压；同时，具备夜间SVG功能，能够降低电网损耗、保持电网稳定。
光伏逆变器 应用场景
光伏逆变器应用场景介绍光伏逆变器是将光伏电池板所产生的直流（DC）电能转换为交流（AC）电能的设备。
光伏逆变器在太阳能发电系统中扮演着重要的角色，其应用场景涵盖了宽广的领域。
本文将从家庭应用到商业项目再到大型光伏电站，逐一探讨光伏逆变器的应用场景。
家庭应用环保节能•家庭光伏逆变器将太阳能转换为电能，减少了家庭对传统能源的需求，可以显著减少对化石燃料的依赖，从而降低碳排放。
•光伏逆变器能够将未使用的电能反馈到电网中，在充足的太阳光下，可以实现太阳能发电的自给自足。
节省电费•家庭光伏逆变器将太阳能转换为电能后，可以直接用于家庭的用电需求，从而减少了家庭对电网的用电需求，降低了电费支出。
•当家庭太阳能发电大于用电需求时，多余的电能可以反馈到电网中，通过上网电价来获得收益，进一步减少了家庭的电费支出。
供电可靠性•家庭光伏逆变器可以与电网进行并联工作，在电网断网时，可以通过逆变器提供的太阳能发电继续为家庭供电，增加了供电的可靠性。
•在自然灾害等情况下，光伏逆变器还能提供一定的应急电力，满足家庭的基本用电需求。
商业项目商业/办公楼•商业项目对电能的需求较大，安装光伏逆变器可以充分利用顶部的太阳能资源，并将其转化为自己的电能供应，减少了对电网的依赖。
•商业项目通常有较高的用电峰值，光伏逆变器通过在电网出现负荷峰值时补充电能，可以帮助平衡电网负荷，减少对电厂的压力。
酒店/度假村•酒店和度假村通常占地较大，其屋顶和草坪等空间可以安装大量的光伏电池板，利用太阳能发电减少能源成本。
•光伏逆变器可以将太阳能转化为电能，供应酒店和度假村的用电需求，同时减少对电网的依赖，提高能源供应的稳定性。
大型光伏电站光伏电站接入•大型光伏电站通常安装了大量的光伏电池板，这些电池板产生的直流电能需要经过光伏逆变器转换为交流电能后才能接入电网。
•光伏逆变器在光伏电站中扮演着重要的角色，其输出的交流电能需要符合电网的要求，同时需要保持良好的功率因数。
光伏并网逆变器控制策略的研究
光伏并网逆变器控制策略的研究1. 引言1.1 研究背景由于光伏发电系统的不稳定性和间歇性，逆变器的控制策略对系统整体性能具有至关重要的影响。
目前，虽然已经有一些传统的控制策略应用于光伏并网逆变器，但仍然存在诸多问题和局限性，如功率波动大、电压失调等。
对光伏并网逆变器控制策略的研究具有重要意义，可以提高系统的运行稳定性和效率，同时也有助于推动清洁能源的发展和应用。
本研究旨在通过对光伏并网逆变器控制策略进行深入探讨和优化设计，以实现系统的高效运行和提高发电效率。
结合实验验证和结果分析，为未来光伏并网逆变器的研究和应用提供参考和指导。
1.2 研究意义光伏并网逆变器是光伏发电系统中的核心设备，其控制策略的优劣直接影响着光伏发电系统的发电效率和运行稳定性。
研究光伏并网逆变器控制策略的意义非常重大。
合理的控制策略可以提高光伏发电系统的发电效率，最大限度地利用光伏板转换太阳能的能力。
通过优化逆变器控制策略，可以降低系统的损耗，提高系统的转换效率，从而提高光伏发电系统的整体发电量。
良好的控制策略可以提高光伏发电系统的稳定性和可靠性。
通过合理的控制策略设计，可以有效地降低系统在运行过程中出现的故障概率，保证系统的长期稳定运行，延长设备的使用寿命，降低系统维护成本。
研究光伏并网逆变器控制策略不仅有利于提高光伏发电系统的发电效率和运行稳定性，还对推动光伏发电技术的发展和应用具有重要的意义。
通过不断深入研究和优化控制策略，可以进一步完善光伏发电系统的性能，促进清洁能源的广泛应用。
1.3 研究现状光伏并网逆变器控制策略的研究现状在不断发展和完善。
目前，随着光伏发电系统规模的不断扩大和技术的不断进步，光伏并网逆变器控制策略也日趋多样化和复杂化。
传统的PI控制、PID控制等控制策略已经在实际应用中得到了广泛的应用，但在一些特定条件下存在着性能不佳，动态响应速度慢等问题。
研究人员开始着眼于改进和优化控制策略，以提高光伏并网逆变器的性能和效率。
光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法
相关研究综述
太阳能光伏并网发电系统是将太阳能转化为电能并直接接入电网的系统。近年 来，针对该系统的研究主要集中在提高效率、扩大规模、降低成本以及改善并 网控制策略等方面。已有的研究成果包括对光伏电池模型的改进、并网逆变器 的设计以及系统优化配置等。实验研究方面，研究者们通过构建不同规模的实 验系统对各种控制策略和优化方法进行了验证和比较。
逆变器的基本原理
逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，其在光伏并网发电系统中起着重 要的作用。当太阳能电池板产生直流电时，逆变器将其转换为交流电，以便与 电网连接并进行电力交换。逆变器的主要组成部分包括整流器、逆变桥和滤波 器，其工作原理是基于半导体开关器件的开关动作来实现电流的逆变。
逆变器的设计方法
光伏并网发电系统中逆变器的设计与控 制方法
目录
01 引言
03 逆变器的设计方法
02 逆变器的基本原理 04 逆变器的控制方法
目录
05 逆变器的应用场景
07 参考内容
06 结论
引言
随着全球能源危机的加剧和环境问题的日益突出，光伏并网发电系统作为一种 清洁、可再生的能源形式，越来越受到人们的。逆变器作为光伏并网发电系统 的核心部件之一，其设计与控制方法对整个系统的性能和稳定性具有至关重要 的影响。本次演示将详细介绍逆变器的设计与控制方法在光伏并网发电系统中 的应用。
3、采用滤波技术：滤波技术是解决电磁兼容问题的重要手段之一。通过在系 统中加入滤波器，可以有效地滤除电网中的谐波和电磁噪声，提高系统的电磁 兼容性。
三、方法与技术
本次演示采用仿真和实验相结合的方法对光伏并网发电系统的电磁兼容性进行 研究。首先，利用仿真软件对不同因素引起的电磁干扰进行模拟分析，探讨其 传播途径和危害程度。同时，通过实验测试不同措施对提高系统电磁兼容性的 效果，为优化系统设计提供依据。
光伏逆变技术与应用
PART 04
光伏逆变器的技 术发展与创新
高频变压器技术
定义：高频变压器是光伏逆变器中的重要组成部分，用于实现直流电和交流电的转换。
技术发展：随着光伏逆变技术的不断进步，高频变压器技术也在不断发展，提高了转换效 率和可靠性。
光伏逆变器的环保评价与认证
光伏逆变器在运行过程中 产生的噪音和辐射较低
光伏逆变器符合相关环保 标准和认证要求
光伏逆变器在生产、使用 和回收过程中对环境的影 响较小
光伏逆变器的能效和环保 特性得到了广泛的认可和
推广
PART 06
光伏逆变器的安 全与可靠性
光伏逆变器的安全性能要求
防雷保护：具备防雷击保护功能，确保设备在雷雨天气下的安全运行。
PART 03
光伏逆变器的市 场现状与前景
全球光伏逆变器市场规模
2022年全球光伏逆变器市场规模 约为1000亿元人民币
中国是全球最大的光伏逆变器市 场，占据约40%的市场份额
添加标题
添加标题
5年，全球光伏逆变器 市场规模将达到1500亿元人民币
未来几年，随着光伏发电行业的 快速发展，光伏逆变器市场规模 将继续保持快速增长态势
电磁抗扰性： 光伏逆变器应 具备一定程度 的电磁抗扰性， 以确保在电磁 干扰环境下能 够稳定运行。
电磁安全标准： 光伏逆变器应 符合相关的电 磁兼容性标准， 以确保其安全 性和可靠性。
光伏逆变器的可靠性评估与寿命预测
可靠性评估方法：通过故障模式与影响分析、寿命试验等手段评估光伏逆变器的可 靠性
寿命预测模型：建立基于性能退化数据的寿命预测模型，预测光伏逆变器的寿命周 期
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两台低压输出逆变器接中压变压器整体解决方案
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1 常见大功率并网逆变器的拓扑结构
多个功率模块并联
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逆变器拓扑发展方向
三电平及多电平方案
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逆变器拓扑发展方向
多重叠加技术
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10MW 系统
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逆变器拓扑发展方向
共用变压器解决方案
•优化直流母线电压、升压变压器配置和变比，避免重复升压，提高系统效率 •优先考虑当地用电负荷，避免过多电能的远距离传送
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逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波 电磁兼容技术 最大功率点跟踪(MPPT) 电网锁相技术
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孤岛效应检测技术
光伏电站的群控、监控及调度技术 大规模应用的技术发展方向
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1 大型光伏电站组成
•太阳电池 •交直流电缆 •阵列汇流箱
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孤岛效应检测技术
光伏电站的群控、监控及调度技术 大规模应用的技术发展方向
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1 转换效率的概念
转换效率是光伏并网逆变器中最重要的技术指标之一： 光伏并网逆变器中常用的效率概念： 最大效率 ηmax ： 逆变器所能达到的最大效率 欧洲效率 ηeuro ： 按照在不同功率点的效率根据加权公式计算 加州效率ηcec ： 考虑直流电压对效率的影响，再次平均 MPPT效率ηmppt：反应逆变器最大功率点跟踪的精度 目前，先进水平： ηmax> 98% ηeuro>97.5% (不含变压器) ηmax> 96.5% ηeuro>96% (含变压器)
孤岛效应检测技术
光伏电站的群控、监控及调度技术 大规模应用的技术发展方向
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1 常见大功率并网逆变器的拓扑结构
采用工频变压器隔离的大功率三相并网逆变器
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1 常见大功率并网逆变器的拓扑结构
无变压器隔离的大功率三相并网逆变器 （输出电压可以从270V~400V）
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1 常见大功率并网逆变器的拓扑结构
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3. 低电压穿越 （LVRT）
参考试验波形
without active damping
with active damping
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4.特殊保护功能：防逆流保护
防逆流保护主要应用于低压侧并网发电系统。如果要求不
能向中压电网反向送电，则需要智能的防逆流保护系统
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目
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大型光伏电站的系统构成
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逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波 电磁兼容技术 最大功率点跟踪(MPPT) 电网锁相技术
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孤岛效应检测技术
光伏电站的群控、监控及调度技术 大规模应用的技术发展方向
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1. 逆变器基本保护功能
保护类型： • 电网电压过欠压 • 电网电压过欠频
• 交流输出短路保护
• 孤岛效应保护 • 逆变器过热保护
• 直流极性反接保护
• 直流过压保护 • 逆变器过载保护 • 逆变器对地漏电保护 • 逆变器内部自检保护（防雷器损坏，接触器故障，变压器过 热，A/D通道损坏，IGBT损坏等等）
• 难点是光伏系统的发电量计量必须在低压侧。
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逆变器拓扑发展方向
轻型直流输电
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大型光伏电站的系统构成
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逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波 电磁兼容技术 最大功率点跟踪(MPPT) 电网锁相技术
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2. 逆变器增强的保护功能
保护类型：
• 低电压穿越 （LVRT）
• 输出直流分量超标保护 • 输出电流谐波超标保护 • 三相电网不平衡保护
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3. 低电压穿越 （LVRT）
在电网电压出现异常跌落时， 常常需要并网逆变器此时不 能立即脱网，而是需要继续 工作，起到支撑电网的作用。 当并网点电压在图中电压轮 廓线及以上区域内时，逆变 器需要保持并网运行。轮廓 线以下，逆变器停止向电网 送电。 LVRT需要考虑： • LVRT与反孤岛效应保护 的矛盾，如何协调；
1
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大型光伏电站的系统构成
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逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波 电磁兼容技术 最大功率点跟踪（MPPT） 电网锁相技术
•太阳电池阵列支架（固定
或自动跟踪）
•交、直流配电系统 •大型并网逆变器 •电网接入系统（升压变压
器、交流断路器、计量、 无功补偿、继电保护等）
•监测、计量、数采设备、
防雷系统（气象监测、数 据采集及传输等）
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要精心设计；
• 系统性能优劣的关键指标是生命周期内总的发电量；
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2 提高效率的方法
如何提高效率： • 拓扑结构 （boost ，单级， 三电平） • 器件： 功率器件，变压器，电抗 • 主功率器件开关频率 • 控制算法，调制方式，死区
• 其他细节： 辅助开关电源，风扇，散热器等
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3 Sungrow产品效率
SG100K3的效率： 最大效率 ηmax ： 97.0% 欧洲效率 ηeuro ： 96.4% SG250K3的效率： 最大效率 ηmax ： 97.1% 欧洲效率 ηeuro ： 96.5% SG500KTL的效率： 最大效率 ηmax ： 98.7% 欧洲效率 ηeuro ： 98.5%
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大型光伏电站的系统构成
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逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波 电磁兼容技术 最大功率点跟踪(MPPT) 电网锁相技术
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孤岛效应检测技术
光伏电站的群控、监控及调度技术 大规模应用的技术发展方向
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大型光伏电站的系统构成
• 逆变器是其中进行能量转换的关键设备，其效率指标
等电气性能参数，将直接影响到系统的发电量。
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大型光伏电站的系统构成
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逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波 电磁兼容技术 最大功率点跟踪(MPPT) 电网锁相技术
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