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在光伏逆变器的引擎盖下

2021-08-18 来源:周口农业机械网

在光伏逆变器的引擎盖下

光伏(PV)能量的优点之一是其固有的模块化特性。与许多其他能源不同,它允许实施小型,中型和大型发电系统,范围从便携式和屋顶系统到大型数兆瓦的光伏电站。从电力电子学的角度来看,系统要求,性能规格,法规,甚至是不同系统尺寸背后的经济因素,都施加了截然不同的设计约束和要求,从而导致了不同的PV功率转换器类和技术中国机械网okmao.com。

光伏电源系统使用的功率转换器包括功率优化器,微逆变器,串式逆变器(有时称为中央逆变器)和电池充电器。在许多情况下,重要的考虑因素是实施最大功率点跟踪(MPPT)。MPPT是一种控制算法,可从光伏面板中提取最大功率,并实时适应环境变化(例如太阳光的亮度,面板的部分阴影,面板的温度,等等。例如,典型的PV模块在25°C时产生的最大电源电压约为17V。在夏季炎热的天气中,它可以降至15V左右;在寒冷的冬季,它可以升高至18V。

欧洲标准EN 50530提供了测量逆变器MPPT效率的程序。同时考虑了静态和动态MPPT效率。基于静态MPPT效率和转换效率,可以计算出整个逆变器效率。动态MPPT效率是单独确定的。

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典型太阳能电池的IV曲线(蓝色)和PV曲线(红色)。随着工作条件的变化,两条曲线移动位置,导致最大功率点(Pmax)移动。最大功率点跟踪可调整功率转换器的操作,以跟随Pmax的变化。(图片:自然资源与发展杂志)

中央逆变器用于将来自光伏板串的直流电转换为适合于离网使用(例如建筑物或微电网)或馈入公用电网的交流电。MPPT功能通常在逆变器的DC / DC转换器控制部分中实现。除MPPT功能外,大多数中央逆变器还具有防孤岛保护等功能。连接到公用电网的光伏逆变器需要包括防孤岛。

防孤岛保护是指在电网停电的情况下,逆变器必须关闭并完全从电网断开的要求。防孤岛可防止逆变器向电网供电,并给公用事业工人和其他希望电网不通电的人员带来安全隐患。

大多数中央逆变器还包括某种形式的通信。这种通信可以像监视逆变器的运行状态一样简单,也可以包括远程控制逆变器运行的能力。对于所谓的备用电池逆变器,还有一个充电器来支持备用电池系统。

PV中央逆变器系统的框图,显示了MPPT控制,通信模块和电网接口。(图片:绿色动力系统)

传统的串式或中央太阳能逆变器对光伏装置中的所有模块同时执行MPPT。在这样的系统中,由逆变器指示的相同电流流经灯串中的所有模块。由于不同的模块具有不同的IV曲线和不同的最大功率点(由于制造公差,局部阴影等),因此该体系结构意味着某些模块的性能将低于其最大功率点,从而降低了系统效率。

另一种架构是使用专用的dc / dc转换器(称为功率优化器)为安装中的每个PV模块实现MPPT。当安装中的PV面板经历明显不同的条件(例如阴影或物理方向)时,放置在每个面板上的功率优化器可能特别有用。

功率优化器架构中仍存在中央或串式逆变器,但对MPPT的需求已最小化或消除,从而简化了逆变器设计并降低了逆变器成本。功率优化器的替代方法是使用微型逆变器。微型逆变器结合了功率优化器和逆变器,从而无需中央逆变器。

在串逆变器体系结构中,所有模块的性能往往会降至最低效率的模块级别。例如,如果其中一个模块阴影严重,并且仅产生其额定容量的60%,则所有模块将被下拉至60%。如果使用功率优化器或微逆变器架构,则只有阴影浓淡的模块将以60%的功率运行,其他模块将以最大功率或接近最大功率的功率运行。这会导致整体发电量大大增加。

微型逆变器或功率优化器的光伏系统性能(右)与中央/串式逆变器(左)的对比。图片:Enphase)

分布式电子架构中的微型逆变器或直流优化器可以生产高性能系统,但成本要高得多,与中央逆变器或串式逆变器相比,分布式方法可能更难以维护。分布式电子方法的优点包括:

根据安装地点的特性,产生更多的电能

改变安装条件的操作灵活性(例如,树木长大或被砍伐)

由于微型逆变器和电源优化器通常具有与安装面板相同的25年保修,而中央或串式逆变器通常具有12年或更短的保修,因此使用寿命更长。

面板级别的监控很容易实现,从而可以识别面板早期磨损或其他操作问题。

由于每个面板都带有自己的电力电子设备,因此系统扩展更容易。

如果各个面板之间的操作差异最小,则分布式电子设备(例如功率优化器和微逆变器)的优势也将最小。例如,在典型的屋顶安装中,所有面板对太阳的方向相同,通常可以安装面板以最大程度地减少阴影。因此,大多数住宅屋顶光伏装置都采用中央/串式逆变器,以提供更具成本效益的解决方案,而对性能的影响很小。

微型逆变器或功率优化器(左)安装在光伏面板的底部。串式逆变器安装在中央位置,并连接至所有单独的光伏面板。图片:Solar Penrith)

光伏阵列的安装和调试

通常建议遵循ASTM E3010 – 15(2019),光伏阵列的安装,调试,操作和维护过程(ICOMP)的标准规范。该实践详细介绍了安装,调试,操作和维护过程的最低要求,以确保在光伏系统的预期寿命内安全可靠地发电。特别是针对商用光伏设备,该实践涵盖了广泛的设计和应用,并且侧重于确保质量的正确过程。使用ASTM E3010 – 15(2019)时需要考虑以下几点:

该实践不涵盖现有和国家法规中发现的电气安装方面,也不替代或取代该法规涵盖的电气安装细节。该实践确实解决了将最佳实践集成到设计和构建中的问题。

该标准分为三个关键领域:

光伏电站的设计,工程和建设。系统设计时应考虑操作和维护(O&M)。对于建筑物集成或建筑物安装的系统,具有嵌入式电力电子设备的模块,轻巧,灵活的模块或其他特定组件,应制定进一步的标准。

发电的调试,测试和批准(效用见证测试)。业主接受标准也将得到解决。

光伏电站的运行与维护,包括性能监控,定期检查,预防性维护和定期重新调试。

光伏装置的通用标准

调节光伏系统功能,监督方式的标准多种多样,可为系统的规划和实施提供建议的标准,包括用于监控光伏装置性能的安全法规和标准。一些更重要的标准包括:

并网光伏系统

IEC 60364-7-712,建筑物的电气装置–第7-712部分:特殊装置或位置的要求–太阳能光伏(PV)电源系统。

IEC 61727,光伏(PV)系统–实用程序接口的特征

IEC 61683,光伏系统–功率调节器–测量效率的程序。

IEC 62093,光伏系统的系统平衡组件–设计认证的自然环境。

IEC 62116,公用事业互连光伏逆变器的防孤岛措施的测试程序。

IEC 62446,并网光伏系统–系统文档,调试测试和检查的最低要求。

UL1730,UL / IEC61730,安全标准

UL7103,这是建筑集成光伏(BIPV)的最新标准。

监控光伏系统

IEC 61724,光伏系统性能监控–测量,数据交换和分析指南。

IEC 61850-7,用于电力公司自动化的通信网络和系统–第7-420部分:基本通信结构–分布式能源逻辑节点。

IEC 60870,遥控设备和系统。

这是关于光伏发电的三部分系列的总结。第一部分回顾了“光伏能源转换的趋势。第二部分考虑了“光伏组件规格和性能参数”。