光伏系统功率调节器

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1、第3章功率调节器功率调节器是由把太阳能电池的直流电转换成交流电的逆变器和当系统侧出现异常能安全停止装置运行的并网保护装置构成的。本章以并网用功率调节器为中心，介绍它的电路构成、工作原理、最大功率跟踪控制和单独（孤岛）运行防止电路等。还有，对故障时的独立运行系统及并网保护装置概要地进行介绍。3.1概要3.1.1功能功率调节器是把太阳能电池输出的直流电转换成交流电并向与交流系统连接的负载供给电力；同时能把剩余电力逆潮流送入电网系统的装置。功率调节器还可以把太阳能电池发出的电能最大限度地取出；同时为了

2、和普通的配电系统并网运行，其具有依据《并网技术要求准则》运行的功能。并网技术要求准则，使功率调节器和与其并网系统的电气方式基本上保持一致。电气方式有单相二线制、单相三线制及三相三线制（△形联结或者Y形联结）等。功率调节器一般也分为单相用和三相用。我们国家常用的单相供电制式美国人有用，单相变压器二次绕组电压为240V,自绕组的中点引出中线电力系统中配电部分，输电线（10KV）由三根（我们常见的那种）进入变压器后出来就是四根了，这其中就有一根我们所谓的零线，这根线是从变压器的中性点引出的，这根线和另

3、外任何三根（火线）中的一根可以构成回路，也就是我们常说的单相220V，而三根（火线）中任何两根也可以构成回路，但他们的电压可是380V。变压器的中性点就是三根火线的公共点（星型接法），一般情况下，中性点的是没有电位的。电力系统高压架空线路一般采用三相三线制，三条线路分别代表a，b，c三相，我们在野外看到的输电线路，三根线可能水平排列，也可能是三角形排列的光伏低压侧并网结构图3.1.2线路方式功率调节器的线路方式大体有以下三种，均已实现了实用化。①工频变压器绝缘方式。(这里的绝缘应该是隔离，主要是

4、防止触电安全，因为变压器两边不供地；二是故障隔离，某边出现故障不会影响另一边。变压器还有一个作用是升压）②高频变压器绝缘方式。③无变压器方式。工频变压器绝缘方式采用PWM逆变器产生工频交流，再用工频变压器进行绝缘和电压变换。虽防雷性能和抑制噪声性能优良，但因采用工频，故变压器比较重（体积与信号频率的n次方成反比）。高频变压器绝缘方式，虽小型、重量轻，但线路复杂。无变压器方式亦虽小型、重量轻、成本低、可靠性高，但与商用电源没有绝缘。除工频变压器方式外，其他方式均为提高安全性而设置了直流电流检测功能

5、。3.1.3无变压器方式的线路构成该方式在成本、尺寸、重量以及效率方面占优势。这个方式由使太阳能电池的直流电压升至无变压器逆变器所需电压的转换器、把直流电变成交流电的逆变器以及具有并网保护继电器功能的控制线路构成。还有，为并网而设置的机械开关，当出现异常时使逆变器与电网断开。3.1.4逆变器原理逆变器由晶体管和IGBT等开关器件构成，通过开关器件的有规律性的ON-OFF动作，将直流转变成交流。这样由单纯ON-OFF电路产生的逆变器的输出波形中含有很多谐波，它们没有实用价值，为此，运用高频PWM(

6、PulseWidthModulation，脉宽调制)技术，将正弦波形两边附近的电压脉冲变窄，中间的脉冲变宽，半周期内向同方向多次进行开关动作，形成图3.4历示的脉冲波序列（修正正弦波）。脉冲波经过简单的滤波器后成为如虚线所示的正弦波。3.2基本工作这里就与系统并网的功率调节器如何将太阳能电池产生的电力向系统送出进行阐述。与系统并网的功率调节器如同抽取低水位水的水泵，把太阳能电池产生的电力向上位系统供给。实际上与系统电源同步，通过调整系统侧电压和经过滤波器前的功率调节器输出电压之间的相位差，可以调

7、整电流流向（向电网送电还是从电网取电）和电量。如果功率调节器侧的电压相位比系统超前，那么可以向系统侧送出电力；相反比系统侧（相位）滞后，若在直流侧有蓄电池时，从系统向功率调节器侧送电，致使蓄电池充电。这里对把功率调节器作为核心的逆变器的输出电力调整方法，以如图3.5所示的电流控制电压型逆变器为例详细讲述。逆变器不断地监视系统电压，如果要想增加输出，则使栅极触发时间提前，目的是把逆变器的输出电压相位比系统电压相位超前。具体地讲，把误差信号的相位超前，如图3.6所示，通过增大系统电压和逆变器输出电压

8、之间的相位角θ，增大输出电力。图3.6所示的相量图表示了逆变器的输出电压、输出电流及系统电压之间的关系。电抗器L称为并网电抗器，兼有PWM波形平滑滤波的电抗器的作用。从这个相量图可以知道，逆变器的输出电流ic和系统电压ec始终同相，电抗器的电压降eL比输出电流ic始终超前90。相位。参照此图，首先求出逆变器的输出功率P由此公式可以知道，如果控制ec和ei的相位角，就可以控制输出功率（如果相位角是负的，也就是ei的相位滞后ec相位，P为负数，从系统向光伏系统侧送电）。另外，在最大功率跟踪控制中也与