10kW无变压器型光伏并网发电逆变器的设计与实现

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图$
（$55).:;< ） 89 " 交流相电压
（"5=.:;< ） 89 $ 逆变器输出线电流波形
从图 % 可以看出，满负荷时逆变效率为 功率因数接近 " 。 0%#%02 ，
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和日本的 《小型分散发电系统并网保护装置认证》 等。 作人员的误操作造成系统处于非正常状态时，系统
1 7""6 1)4 无工频隔离变压器型光伏并网逆变器设计 181
硬件设计 主回路主要由 92:92 变换和 92:;2 三相逆变 回路构成。 92:92 变换控制回路控制太阳电池 <=>? 的输出功率， 将 => 的直流低电压升高至能够满足回 三 馈电网的直流高压， 同时实现 @==A 剪贴处控制； 相 92:;2 逆变回路为电压型逆变回路， 通过控制并 网时流入电网的电流， 实现交流并网控制。 其极 控制回路的核心是新型工业级 4% 位 97= ， 高的运算速度在满足三相电流瞬时统一 =B@ 控制 并网安全控制和故 要求的同时， 还能够完成 @==A 、 障保护等实时性、 快速性要求很高的控制功能。由于
.D被动式检出方式
被动式 “孤岛” 检出的基本原理是虽然在 “孤岛” 出现时， 系统电压频率的变化不大， 但由于逆变器输 出功率和负载之间存在的细微偏差会造成电压相位 出现跳变，通过检测这种电压相位的跳变达到来判 断 “孤岛” 运行的出现。
(D主动式检出方式
被动式 “孤岛” 检出虽然能够提高并网逆变器对
阳光能源 !""# 年 $ 月刊
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应可靠保护并具有自恢复能力。这些在本逆变器的 设计中都作了全面的考虑。
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对异常电网条件的响应
通过对电网电压进行实时监测， 实现对过压、 欠压 等电网电压异常情况的监测， 并可以设定电压高限、 电 压低限和电压异常消除后再并网的延迟时间等参数。 通过对电网频率进行实时监测， 实现对过频率、 欠频率等电网频率异常情况的监测，并可以设定频 率高限、频率低限和频率异常消除后再并网延迟时 间等参数。 针对人身安全和设备安全的最大隐患 “孤岛” 现 象， 特别采用了被动式和主动式两种检出方式， 完全
6 项目
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直流输入电压电流 直流输入功率 逆变器工率
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表示设定
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输出功率及效率
证实完全符合日本并网运行的要求， 与带 行能量变换的逆变器， 其安全性、 可靠性、 逆变效率、 测试验证，
阳光能源 !""# 年 $ 月刊
制造成本等因素对发电系统的整体投资和收益具有 举足轻重的地位。 传统的并网逆变器在交流输出侧大多装设工频 隔离变压器， 对逆变过程中产生的谐波、 直流分量具 有很好的隔离效果，能够有效地满足技术标准和规
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2=+ 控 制 电 路
,29 监 控 板
电源
.E(E( 直流电流分量检出和抑制
在 7""’.*4 中 采 用 了 专 门 的 直 流 分 量 检 出 回
图1
无变压器型太阳能并网逆变器框图
路。针对直流电流分量相对于逆变器输出的交流电 流总量非常小的特点，通过硬件回路和软件控制算
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安全性能设计 光伏并网系统需要与配电网并联运行。所以， 本
的正弦波。由于是向电网注入电流， 测量的波形相位 与电压相差 "65 !。
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光伏与工程
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北京索英电气技术有限公司
刘波 >
王仕城
摘
要
本文介绍了无工频隔离变压器型光伏并网发电逆变器的设计要求，分析了取消隔离变压器所带来的技
术经济收益和必须克服的技术难点， 并结合自己的设计实践和产品测试情况， 介绍了基本实现方法和目前达到的技术 指标。 关键词 光伏发电 并网逆变器 无工频隔离变压器
装置自身保护
实现三相统一控制。
本装置设计了多种自我保护功能，对操作者人 身安全和产品自身的可靠性提供了完善的保护措 施： 启动自检、 直流输入极性接反、 输出交流过电流、 输入输出侧浪涌抑制、 过热保护、 直流接地和交流漏
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实验数据及波形 电压电流波形， 效率及谐波 从图 $ 可以看出逆变器输出的电流为近乎完美
（ H./ MNO7P ） 。实验中人为造成直 0; K 为 直 流 分 量
为零， 逆变器能自动检出保护。 <../) 后逆变器通过被动方式检测出“孤岛” 流分量由 <H./ M 跳变， 状态， 自动停止运行。
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压或电流正弦波等效成一个在空间匀速旋转的电压 或电流矢量， 从而简化三相电压或电流的控制， 并可
图! 电流谐波分析
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检出 E-E “孤岛” 从图 H 中可看出当逆变器输出功率与负载基本 相同时， 电网电流非常小。在电网断电后电网电流变
光伏与工程
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E-K
直流分量检出 ， 图 + 的 0; E 为逆变器输出电流 （ <./ MCNO7P ）
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前言 近十年来国际上光伏并网发电技术取得很大进
北京索英电气技术有限公司自主研制开发了 （%&&’ "!#$ 无工频隔离变压器型光伏并网逆变器 。 该产品按照日本电气安全研究所 （)&*） 《小型分 "!( ） 散发电系统并网保护装置认证》 的并网标准进行严格
展， 日、 欧、 美等发达国家已安装了许多太阳能并网 发电系统。作为太阳电池方阵和交流配电系统间进
法相结合的方法检测直流分量的大小。通过直流分 量抑制控制使直流分量小于国际标准规定的 *EFG 。 系统自 一旦由于意外情况造成直流分量超过 .H 时， 动进入保护状态。
逆变器在安全设计方面，不但要考虑操作者的人身 安全和逆变器本身的故障保护，还要兼顾对电网系
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电流保护。
光伏与工程
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