《LINE BACK Σ 系列太阳能功率调节器技术条件》.docx
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《LINEBACKΣ系列太阳能功率调节器技术条件》
LINEBACK∑系列
太阳能功率调节器
（控制器、逆变器一体化）
技
术
资
料
北京日佳电源有限公司
目录
1.系统特点与构成
2.各组成部分的说明
3.关于上一级变压器的接线方式
4.主回路的工作方式
5.电流控制方式
6.主/从运行形式
7.逆变器的运行/停止
8.容量降低特性
9.最大功率点跟踪控制
10.检测单独运行功能
11.电压自动调整功能
12.自立运行（可选）
13.直流分量检测与控制
14.直流接地检测
15.高压并网
16.表示和计量内容
17.充、放电控制回路
18.保护功能的分类、整定值与保护动作内容
19.保护功能和电压自动调整
20.并网保护功能的试验方法
附属资料
1.动作流程图
2.控制回路框图
1.系统特点与构成
LineBack∑系列采用无变压器工作方式，小型、轻量框架安装形式与系统并网的逆变器。
本逆变器的特点如下：
1.1因为与原来产品相比无变压器，实现了小型、轻量化（与本公司原来10kW的产品比较，体积比1：
2，重量比1：
3）。
1.2因为框架安装，按照各种逆变器的容量和附加功能，甚至功能单元的追加相应都有可能（逆变器容量，高电压并网，自立运行，防灾型及其它工厂都可选）。
1.3按照主/从运行方式，10～50kW,自立运行或者并网运行时具有相同容量的功率。
1.4因为有自立运行功能，停电时自动进行自立运行，自立运行还能向负荷供电。
又由于安装了充/放电装置和蓄电池，无论是下雨天和夜里停电时，自立运行都能稳定地向负荷供电。
1.5由“显示单元”显示逆变器输出功率和累计发电量，运行状态及其他内容，在发生异常的时候可以确认20种异常内容。
另外，如在外部再安装一台“显示单元”，在远离逆变器的地方也能表示（用两对信号线缠绕成〔4芯，其中有1芯不用〕和电源线两根，能在外部表示）。
1.6因为机内装有通信功能，如使用GS标准计量软件，可采用PC（个人微机）进行计量，同以前相比施工非常简单（用信号线两对缠绕成〔4芯，其中1芯不用〕可用PC计量）。
1.7因为全自动运行，逆变器正面的运行开关在“运行”位置上，日常不用操作。
2.各组成部分的说明
LineBack∑系列逆变器为框架安装方式，以逆变器作为基本单元可以满足对输出功率容量和功能单元追加。
装置要求的基本构成，由进行交直流变换的逆变器单元，与外部进行配线的输入、输出单元，显示逆变器运行状态的显示单元等组成。
本逆变器除可以框架安装以外，还可采用独立盘式安装，室外箱式安装。
显示单元
逆变器单元
输入、输出单元
MCCBSMCCBBMCCBL
空盖板
NNPP
铭牌
铭牌（额定值铭牌板）
一．关于上一级变压器的连接方式
公司内逆变器接成的三相200V的电气方式，有几种连接方式，一般上一级变压器二次侧大部分为V相接地的Δ形接线方式。
对于这种Δ形接线，以前的三相逆变器省去了绝缘变压器，一并网上，在直流侧叠加市电电压，由于太阳电池的对地有电容量，就会产生泄漏电流，有发生ELCB（开关断路器）开关不动作的可能性。
为避免这些，有必要考虑逆变器与上位变压器接线方式的匹配性。
因此LineBack∑系列，在上一级变压器的二次侧V相接地，Δ形接线的时候，采用了在直流侧市电电压难以叠加的主回路结构。
再有，关于V相接地的Δ形接线方式以外，逆变器必须与同容量以上的绝缘变压器，这时使用的变压器二次侧（逆变器侧）上当不接地时，接线方式就不受限制，当变压器二次侧接地的时候，如V相接地时有必要接成Δ形（接线）。
开关断路器上一级变压器的二次侧
以前省略了绝缘变压器的情况
上一级变压器
本逆变器的主回路（接线）方式
图5.在Δ接线时的主回路方式与泄漏电流的关系
二．主回路的工作方式
LineBack∑系列，为与上一级变压器的二次侧接线V相接地的Δ形接线相符合，采用两相半桥方式。
这种方式的两个桥臂的单相电压（U-V、W-V方向）正好造成60°相位差，由于电容器分压的中点连接到地的接地相（V相），因此连接到三相系统是可能的。
本方式因为连接电容器分压的中点是接地相（V相），市电电压难以叠加在太阳电池电压上，根据太阳电池对地电容的泄漏电流，ELCB开关不会动作。
又因为电容器分压点会使开关装置有1/2的中性电压（直流电压），是可以运行的。
由于开关（IGBT）损耗的增加，LineBack∑系列采用了电容器分压。
一方面因为太阳电池的最佳动作电压值随温度、日射量等的变化而不同，对于这些变化，有必要对变化的动作电压进行最大功率点控制（MPPT），LineBack∑系列为避免对升压斩波器与逆变器控制部分的干涉，一定控制逆变器升压部分的电压，根据升压斩波器的升压比，控制输入电压。
图1.桥臂A（armA）
AC200V
UWU
60°
VAC200V支路BAC200V支路A
图2.桥臂B（armB）
V
图3.矢量图
W
V
桥臂B桥臂A上一级变压器
本逆变器在主回路上的方式
三．电流控制方式
逆变器的工作方式有电压型电压控制方式或电压型电流控制方式，一般都采用控制性能好和效率高的电流控制方式,LineBack∑系列也同样采用了电流控制方式。
电流控制方式，因为控制逆变器输出电流的电流为正弦波，使输出电流的相位与系统电压的相位一致，因此才能够有高功率因数低失真（畸变）系数。
这种电流控制方式有作为电流指令值使用将系统电压经过，或使用在内部产生的正弦波，LineBack∑系列采用了后者。
这是由于在控制回路中有PLL－PhaseLockLoop（相位锁定环），由于对PLL运行控制，可以对后述的进行防止单独运行控制。
再有因为在内部产生正弦波，通常不仅可以高功率因数运行，而且比较容易地能够处理无功功率，也是这种方法的特点。
那么逆变器为了提供功率因数为1的正弦波电压给系统，如以单相逆变器的情况为例，对于通过主变换器件（IGBT）开关的PWM电压、如果系统电压输出好的话，希望成为下图的矢量（Vector）关系。
实际的PWM电压，其瞬时平均波形大致和系统电压的正弦波波形一样。
再有这个脉冲串波形是在控制回路中电流指令值与逆变器输出电流相比较后，这个误差信号再通过与载波信号比较得到的。
这些信号与IGBT的动作关系如下：
误差信号ErrorSignal
ec载波Carrier
on
Q1
ei
ic=el/ωl=ei*sinθ/ωl
θei
icecelic
ec
四．主/从运行
LineBack∑系列的逆变器单元（10KW），备有实行控制的主单元和按照主单元的驱动信号进行运行的从单元二种。
一方面，逆变器的主单元因能提供驱动信号给从单元最多到4台，1台主单元和4台从单元作为基本，构成最大为50KW。
再有除集中安装以外，由1台主单元构成10KW的系统，和其它由主单元构成的10KW单台也可以分散安装。
一般情况10KW分散安装专用逆变器，由于自立运行输出功能的并列运行有困难，自立运行时不能连接超过10KVA的负荷。
主/从运行方式，自立运行的输出功率容量可以很容易地认为是单元台数乘以10KWA.（在集中安装时，最多50KVA为止）。
主单元MasterUnit
电网
太阳电池（Solaode）mc1
mcj
独立运行输出
逆变器从单元SlaveUnit
Inverter
按照主/从（Master/Slave）方式集中安装
逆变器（Inverter）
独立运转输出功率
独立运转输出功率
主单元（MasterUnit）
独立运转输出功率
分散设置
五．逆变器的运行/停止
A.并网运行
LineBack∑系列，监视太阳电池的输出功率自动地进行运行/停止。
运行/停止的条件如下：
1）运行条件
1太阳电池的开路电压,超过起动电压1的设定值，经过20分钟。
2或者太阳电池的开路电压，超过起动电压2的设定值以上，且经过10秒钟。
2）停止条件
太阳电池的发电功率变成5％以下，经过20分钟。
起动电压1，是下面通过设定的最佳电压，自动地将设定最佳的电压加10V。
另外，最佳电压的使用太阳电池在25℃时要设定最大输出动作电压的80％值（四舍五入）。
最佳电压与逆变器本身的设定开关的关系如下：
设定位置
最佳（合适）电压即可
起动电压1
起动电压2
设定位置
最佳（合适）电压即可
起动电压1
起动电压2
0
200V
210V
221V
8
280V
290V
305V
1
210V
220V
231V
9
290V
300V
315V
2
220V
230V
242V
A
300V
310V
326V
3
230V
240V
252V
B
310V
320V
336V
4
240V
250V
263V
C
320V
330V
346V
5
250V
260V
273V
D
330V
340V
357V
6
260V
270V
284V
E
340V
350V
368V
7
270V
280V
294V
F
350V
360V
378V
※起动电压2＝起动电压1X1.05
※太阳电池的发电电流非常小，因为起动时消耗电功率，直流电压一下降到最佳电压以下停止，再一次起动从确认起动电压进行。
（如果一进行并网运行20分钟内不会停止）
B．手动运行
使逆变器内部的微动开关充当手动运行开关，只要太阳电池电压在170V以上，马上进行并网运行（这时最大功率点跟踪控制－MPPT不工作，一定控制直流电压在最佳电压状态下。
C．自立运行
LineBack∑系列，电网一停电就自动切换到自立运行。
这时候太阳电池的电压与运行/停止条件的关系如下：
1）运行条件
1直流电压要在起动电压1以上。
（无蓄电池的时候）
2直流电压应该在288V以上。
（有蓄电池的时候）
设定位置
最佳（合适）电压即可
起动电压1
设定位置
最佳（合适）电压即可
起动电压1
0
200V
210V
8
280V
290V
1
210V
220V
9
290V
300V
2
220V
230V
A
300V
310V
3
230V
240V
B
310V
320V
4
240V
250V
C
320V
330V
5
250V
260V
D
330V
340V
6
260V
270V
E
340V
350V
7
270V
280V
F
350V
360V
2）停止条件
1直流电压在200V以下。
（无蓄电池的时候）
2直流电压在250V以下。
（有蓄电池的时候）
六．容量下降特性
LineBack∑系列，如下例曲线图所表示的那样，直流输入电压下降，发生容量的下降。
这种容量下降特性考虑太阳电池的温度特性，几乎不妨碍太阳电池的发电。
并网运行时（每一个单元装置）
过负荷容量
逆10.5KW
变10KW
器7.5KW额定输出功率
输7.14KW
出
功
率0200V280V480V
直流输入电压（太阳电池电压）
自立运行时（每一个单元装置）
过负荷容量
逆10.5KW
变10KW
器8.4KW额定输出功率
输8KW有蓄电池的时候
出
功0无蓄电池的时候
率0200V250V480V
直流输入电压（太阳电池电压）
七．最大功率点跟踪控制（MPPT）
太阳电池的输出特性随着日射量、温度等变化而变化，为从太阳电池取出最大的输出功率，对这些变动有必要使太阳电池的动作点变化。
LineBack∑系列因为有微处理器（Micro-Processor），应控制升压斩波器那样，总能从太阳电池取出最大的电功率。
MPPT的基本工作方式为，在一定时间间隔内，使太阳电池的工作电压（直流电压）进行微小变动，通过判断那时的功率的增减来进行。
太阳电池的输出功率一超过10%，每隔1.5秒钟用1V的比率进行跟踪控制，跟踪范围不管最佳的设定值为多少都是200V～400V。
LineBack∑系列的MPPT的特点如下：
1）输出功率的增减，可以区别是由于日射量的变化还是由于动作电压的变化，在日射量突然变化时也能稳定地进行跟踪。
2）为防止日射量小的时候太阳电池工作电压不稳定，输出电功率变成10%的时候停止最大功率点跟踪控制（MPPT），电压保持在“最佳电压”的设定值工作。
最大功率点
PBC
A
P2
P1D
P-V特性V1V2V3V4V
基本工作过程
1.在A点工作的情形
使工作电压由V1→V2变化，如果为P2>P1,又由V2→V1返回如果P1在返回的时候，如P1>P2的话，判定功率的变化是由于日射量的变化，则不进行工作电压的变更。
2.在D点工作的情形
使工作电压由V4→V3变化，如果为P2>P1,又由V3→V4返回如果P1在返回的时候，如P1>P2的话，判定功率的变化如果是由于日射量的变化，则不进行工作电压的变更。
3.以上过程的各种变更，每隔0.5秒进行一次，共计在1.5秒内结束一个动作过程。
十.检测出单独运行的功能
在有关规则中指出逆变器中应安装检测出单独运行的功能。
这种功能又有被动检测方法和主动检测方法，LineBack∑系列可采用如下两个方法：
1）被动的检测方法－检测电压相位跳变方式
经过对系统电压检测出一定的相位跳变来判断独立运行，进行逆变器的选通门极闭锁和并网遮断。
作为检测的方法是，计量系统电压的每一周波的周期，对前10个周波的平均相位检测，监视相位的跳变。
整定值5°（也可设定3°、8°），整定时间0.1秒（62Hz）、0.20秒（50Hz）。
整定时间内相位变化返回到平均相值的时候，不检测出单独运行（防止误检测出）。
另外，万一误检测出的时候（检测出后交流欠压不工作），一定时间（约12秒）后再并网。
2）主动的检测方法－变动无功功率方式
这种方法，通过将逆变器的输出电流的频率周期性地变化，使无功功率变动，对此情况取出系统电压的周波数周期的变化，进行单立运行的检测。
LineBack的交流输出电流是按照控制回路内部的电流参考值（基准值）调节，由于控制这个电流参考值，使逆变器电流的频率在每隔0.5秒瞬间变化，使无功功率变化。
频率的变化幅度约5％/每1周波，这时的最大无功功率功率因数约0.95（功率因数＝COS（2π0.05）＝0.95）
逆变器系统电网连接到中的时候，系统电压的频率等于市电频率，如果没有发生无功功率的变动，则系统处于单独运行，对应频率的变化无功功率也变动情况，则电网有电。
因此通过监视无功功率能够检测出单独运行。
频率变化检测的整定值约1.4％，在与无功功率变动一致（相符）的计时（同步）中，如果连续两次超过这个整定值判断单独运行，进行逆变器的选通电路部件（门程序块）和联锁遮断。
所以，本功能的动作时间为0.5秒以上，1秒以内。
另外检测出后300秒时间内不再并网。
被动的方式
方块图
系统电压
断路器断开
门极闭锁
检测出ΔF（差频）
工作原理
〔单独运行时〕
TI（10周波）T2
T3（10周波）
如果检测出|T1/5-T2|>整定值并且|T1-T3|>整定值
〔瞬变时〕
TI（10周波）T2
T3（10周波）
如果没有检测出|T1/5-T2|>整定值或者|T1-T3|<整定值
（由于瞬变等防止误检测）
主动方式
方块图输出电流指令
系统电压
计数器
锁相环路
瞬时电流指令
基准正弦波发生器
分周率变动
主动方式
检测出ΔF差频
断路器断开
门极闭锁
动作原理1/201/191/211/20
电流相位平滑地超前时功率因数
达到.095的程度（系统电压相位滞
正常时后）系统电压的频率不变化
T1=T2
I
UT1T2
单独运行时
电流和电压的频率变化（T1一定按照以上的变化情况
如果发生二次连续判断为单独运行。
I
VT1T2
由于投入负荷等的瞬间，频率刹那间变化，进行检测出△F（差频），再在0.5秒后再确认（二次连续），因而不会有误动作。
十一.电压自动调整功能
连接到（电力）系统中的家用发电设备，出现剩余电功率的逆潮流的时候，系统阻抗（Impedance）高，受电点的电压升高，往往会超过电力公司的使用值。
为避免于此，LineBACK∑系列有如下电压自动调整功能：
1）相位超前无功功率控制
提到系统电压相位超前无功功率控制的设定值，从功率因数为1过渡到超前无功功率控制，供超前电流给系统，控制电压升高，电流超前为最大值时，功率因数约达到0.85，抑制电压升高的效果在额定输出电压的1－3％的程度。
过渡到这种控制方式时，因为逆变器的视在功率增加，变换效率略微降低。
2）控制输出功率
当用控制相位超前无功功率后，对电压升高的抑制达到了临界值时，系统电压转到由输出功率控制的设定值，限制逆变器的输出功率，防止电压升高。
例如，太阳电池的发电功率即使在额定值，也要限制逆变器的输出功率在其以下。
这时候当然太阳电池的发电功率的利用率降低了。
再者，系统的电压不要由于逆潮流升高，应该按照供给侧为主要考虑因素极限地（直到接近0）缩小输出功率。
再有各控制方法也能够分别解除。
设定微动开关（tap）
①
②
③
④
超前相位控制电压
输出功率控制电压
220V
222V
223V
225V
226V
228V
229V
231V
十二．自立运行（可选的功能）
LineBack∑系列设定为自立运行功能在工厂是可选的。
附加这一功能，在电网系统停电时能够取出交流（三相3线202V）电压。
还可以以追加充、放电单元装置和蓄电池，作为带有蓄电池系统，也可能夜间和雨天使用。
以下说明关于本功能的概要：
1．关于自立输出（功率）
自立输出由于有以下那样的限制，始终认为除非常时为限定使用。
〔有/无蓄电池共同〕
1在并网运行时，自立输出功能不能使用（MCJ开关被断开）。
2在自立运行输出（功率）时，请不要连接半波整流负荷。
3在自立运行输出（功率）时，连接单相负荷的时候，请连接在U-V相。
4在自立运行输出（功率）时，连接单相负荷的时候，最大约5.8KVA。
5在自立运行输出（功率）时，连接负荷的功率因数（滞后）请为0.7－1.0范围内。
〔无蓄电池的情况〕
1夜间不能使用
2自立运转时的额定输出（功率）在三相3线202V的时候，每一台逆变单元是10KVA，在直流电压低于250V，输出（功率）降低。
（容量降低特性的详细内容在“八.容量降低特性”）
3自立运行时的输出（功率），由于太阳电池的发电量受到限制，日射量少的时候和变动剧烈的情况，可以连接负荷输出能力变得很小。
又由于为使负荷工作有个稳定度，请在阴天时负荷量太阳电池容量的10％以下，在晴天时负荷量太阳电池容量的30%以下。
4负荷消耗的电力虽然仅超过太阳电池发电电力一点的时候，逆变器的输入电压降低，逆变器瞬时停止。
这时输出电压不是慢慢的下降而是瞬时变成0V。
又逆变器一停止，根据负荷条件约在3秒或13秒后再起动，除非负载的大小发生变化，否则就重复这个动作。
5对于使用监视器（Monitor）的设备，因为在有脉冲输入，在接通设备的电源时，如果逆变器停止往往会再起动。
2．关于自立运行/并网运行的相互切换
向自立运行的切换，检测出系统的停电自动进行。
这个切换信号因为使用了检测停电回路的监视市电继电器接点信号和并网保护功能的动作信号，在并网时因为误操作、误动作等MC1开关接通（ON）系统电压往往不会附加到自立输出中。
（详细请参照附上资料的流程图）。
3．关于自立运行时的系统与它的遮断
1用电磁接触器MC1机械地遮断。
2MC1可根据系统检测继电器，停电时解列。
3由于MC1开关的接头熔化等不能解列的时候，用MC1开关的辅助接点进行监视解列，不过渡到自立运行。
4在自立运行中恢复供电时，过渡到并网运行状态。
4．关于自立运行的控制
1逆变器的控制是电压型电压控制。
2最大电力点跟踪控制（MPPT）断开（太阳电池的工作电压由负荷决定）。
3自立运行检测功能屏蔽。
5．关于逆变器的保护与安全性
①自立输出过负荷（短路）时
用逆变器的垂下（交流过电流）功能和瞬时电流限制功能保护。
垂下功能为，一超过输出电流的设定值（每一台逆变单元31A），31A时限流，这种状态持续5秒，逆变器停止。
瞬时限流力为，输出电流的峰值达到设定值（每一台逆变器单元67A）时，瞬时会门极闭锁，限制此中流值。
3连接电网到自立输出（功率）情况（异常－abnormal）根据逆变器与电网的相位关系，直流过地压或交流过电压检测出，安全地停止。
一十三．直流检测与控制
由于本逆变器无变压器方式，万一因为逆变器异常发生直流分量流入交流（AC）输出的时候直流流入电网，因为有使电网受到恶劣影响的可能，逆变器内装有检测这个直流分量的检测直流功能。
根据有关规则本功能，应安装并且设置检测出的数值和时间，其大体上是主变压器的额定交流输出电流的1％以下，检测出时间在0.5秒以内。
本逆变单元每一台额定输出功率是10KW,逆变单元的额定交流电流的1％相当于直流（DC）0.28A，检测值设定为那个值（DC0.28A）的80％直流（DC）0.23A。
检测用分流器（Shunt）进行，检测电平在分流器上的电压约1mv。
检测回路叠加到电平的大的交流成分中，用将这个微小电压精度好放大器增幅，当检测值超过的时候，在0.5秒内遮断电网与它的联系，逆变器停止。
逆变器平时没有直流分量，对于交流输出电流中的直流进行控制，交流输出电流中含有的直流分量要控制在0.075A以下（10KW的时候）。
检测出直流分量的时候，进行并网遮断，逆变器停止。
而且经复归时向后再试试并网。
再并网的试验共进行3回，4回连续检测出直流分量的时候，逆变器停止并保持，输出外部报警。
再者，检测出直流分量后是否继续的判断，在再并网后1分钟内就应判断。
又再次并网之前的复归时间为，第1、2次是5秒时间，第3回是3小时。
再者，在U相进行直流分量控制，在W相进行直流分量检测出。
十四.检测直流接地
无变压器方式的逆变器，因为直流/交流之间一般不认为是绝缘，在直流回路中一发生接地，接地电流通过逆变器从电网中流走了。
在事业部中一般都被安装着检测出接地的漏电保护器，由于使用的是ZCT（零相变流器）根据直流接地电流使ZCT磁饱和的原理有保护不发生作用的情形，有必要在逆变器
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