开发高性能智能化新能源电力电子设备助推新兴产业发展.docx

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开发高性能智能化新能源电力电子设备助推新兴产业发展

开发高性能、智能化新能源电力电子设备，助推新兴产业的发展

Quality

Energy

Innovation

Solartechnology

olartechnology

开发高性能、智能化新能源电力电子设备,助推新兴产业的发展

东方日立（成都）电控设备有限公司副总工程师:

彭良平QUALITYINNOVATIONENERGY

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以品质引领未来发展以品质引领未来发展,,用电量回报客户用电量回报客户

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目录\content

1、光伏产业总体介绍

2、目前电站级逆变器普遍存在的问题和未来的发展趋势

3、可行的解决方案和思路QUALITYINNOVATIONENERGY

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以品质引领未来发展以品质引领未来发展,,用电量回报客户用电量回报客户

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1-1.概述

随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出,太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点,

已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。

太阳能资源丰富、分布广泛,非常具有发展发展潜力。

中国政府在2010年提出大力发展光伏新能源后,近三年装机容量飞速发展。

2011年国内新增光伏装机容

量2.9GW,2012年国内新增光伏装机容量4.5GW,2013年国内光伏新增装机量保守估计6GW以上。

国家能源局“新能源十二五规划”期间的装机目标已经从最早的5GW,经过四次大幅调整至最终敲定的

35GW,2013年至2015年每年新增10GW。

市场情况超出预期,光伏企业迎来新一轮发展机遇。

AnnualIns.GWCum.Ins.GW

120

100

4.5

3.5

2.7

2011201220137>2014201520162017201820192020

Year

（）

InstallationGWQUALITYINNOVATIONENERGY

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1-2.主流大型光伏电站的主要构成?

太太阳阳能能电电池池板板:

光光→→直流电直流电

汇流箱:

汇聚直流电

汇流箱:

汇聚直流电

直流配电柜:

分配直流电

直流配电柜:

分配直流电

并网逆变器:

直流电→交流电

并网逆变器:

直流电→交流电

升压变压器:

升压上中压网

升压变压器:

升压上中压网?

中中压压电电网网:

电网运输电网运输,,分配分配给给

负载使用

电站型光伏发电系统结构示意图QUALITYINNOVATIONENERGY

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1-3.光伏之芯-光伏逆变器

在业界,逆变器被称为“光伏之

芯”,其在光伏设备技术及产业链中的重

要地位可见一斑!

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1-4.主流逆变器拓扑分类

从技术上来说电站级光伏并网逆变器在市场上主要有两种发展方向:

单级式

并网逆变器

多模块并联

并网逆变器QUALITYINNOVATIONENERGY

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1-4-1.单级式并网逆变器

DC+

交流交流

Ta1

Tb1Tc1

LC滤波器

PV+

接触器断路器

直流EMC

PV-

滤波器a

交流EMC

滤波器

PV+

直流EMCc

PV-

滤波器Tc3

Tb3

Ta3

DC-

单机式500MW光伏并网逆变器主回路拓扑示意图

优点:

缺点:

代表厂家:

所需功率器件IGBT容量大西门子SINVERT系列结构简单只有一路独立MPPT可靠性较高

合肥阳光能源SG500KT系列在系统发生重故障时必须停控制相对简单

机,发电损失较大在低功率下,并网电流谐波畸

变率较高在低功率下,逆变效率较低QUALITYINNOVATIONENERGY

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1-4-2.两单元并联并网逆变器

DC+

交流交流

Ta1

Tb1Tc1

LC滤波器

接触器断路器

PV+

直流EMCi交流EMC

PV-B

滤波器滤波器

Tc3

Ta3Tb3

DC-

DC+

交流

Ta1

Tb1Tc1

LC滤波器

接触器

PV+

直流EMC

PV-

滤波器

Tb3Tc3

Ta3

DC-

2台250kW逆变模块组成的500kW光伏并网逆变器主回路拓扑示意图

优点:

缺点:

代表厂家:

单个IGBT功率的容量减小一半;与单机式逆变器类似,只不过缺点PowerOnePVI-500-TL两路独立功率单元,任意一路功率稍微弱化。

台达RPI-500kW

单元发生故障均不会影响另外一路,保

证了系统发电量;控制相对简单。

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1-4-3.四单元并联并网逆变器

4个125kW逆变模块组成的500kW光伏并网逆变器主回路拓扑示意图

优点:

多路MPPT,发电量高;多冗余度设计,可靠性高在低功率下,并网电流谐波畸变率较低在低功率下,逆变效率较高

缺点:

整体结构复杂,设计难度高;

代表厂家:

3东方日立DHSP系列

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1-5.逆变器品质如何体现QUALITYINNOVATIONENERGY

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1、光伏产业总体介绍

2、目前电站级逆变器普遍存在的问题和未来的发展趋势

3、可行的解决方案和思路QUALITYINNOVATIONENERGY

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2-1.存在的问题

2-1-1.受云层遮阴、热斑效应、组件多峰值现象影响发电量

我们以500kW单级光伏逆变器为例,将所有光伏组件均集中到一

路MPPT追踪上。

这样的方式虽然简单,但是电池组件独特的串并联

max1

特性,使得如果一串光伏阵列中的一个组件出现故障导致这个组件输

出电流很小,那么这一整串组件的输出电流都会很小;如果多串光伏

组件并联,其中一串电压最高,那么多串的并联电压就按照最会高那

max2

串来计算,而组件的输出特性是电压越高,电流越小,故如果只有一

路MPPT追踪,逆变器的整体输出能力极易受到云层遮阴和组件热斑

这些局部的影响而明显降低发电量。

光伏阵列中的某些光伏电池由于阴影、灰尘等原因,被不同程度

pv1pv2

遮挡而使其光照和温度等条件发生变化时,被遮挡光伏阵列的输出特

性将会发生改变,整个光伏阵列的U-I特性曲线上将会出现较为明显

组件多峰值现象

的不匹配情形（局部最大功率点）,而对应的P-U特性曲线上则会出

现多个峰值点（图下图所示）,此时若采用基于单峰值形态的光伏阵

列P-U曲线的MPPT算法,则可能会发生误判（峰值较低的局部最大功

率点）,造成输出功率的损失。

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2-1-2.弱光发电效率低、谐波大

以前的电站级逆变器以500KW单级式为主,将所有光伏组件均集中到一路直流母线上。

当阴天或者雨天时,组件总输出功率在

0%~20%,由于逆变器的功率模块、输出电抗器等均是按照500KW的额定容量来设计的,这就导致500KW逆变器的低功率输出效率非常差,

逆变器工作效率较低,损耗的能量多;其次,由于电抗器等核心器件均按照500KW额定容量选型,在小电流条件下电感值不够大,导致逆

变器向电网输出谐波大,输出电能质量差。

2-1-3.逆变器可靠性较低

目前光伏电站使用单级式500KW逆变器较多,此种逆变器拓扑结构简单,控制简单;但是这种逆变器也存在一下三个缺点:

第一,是

没有系统冗余度,一个功率模块损坏,整机都无法运行;第二,采用大电流功率管,散热要求高,容易损坏;第三,大电流功率管的驱动

较为复杂,可靠性低。

这三个缺点的存在使得单机式逆变器的综合可靠性较低。

2-1-4.多台逆变器同时并网时电流谐波增加

光伏电站大多由数十台以上500KW逆变器构成,逆变器群体并联输出时由于大量高频开关的谐波叠加作用导致总输出开关处电流总谐

波量增加,对电网输出大量谐波,影响电网质量。

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2-1-5.电网电压谐波大时、电流谐波大

由于国内电网质量普遍较差,电网电压谐波经常无法达到标准的要求,造成了逆变器并网电压波形比较差。

因为逆变器并网需要锁定

电网电压角度,电网电压谐波大小就直接影响着逆变器的锁相性能。

如果逆变器锁相环软件没有考虑中国电网实际情况,就容易出现锁相

角度不准,相位偏移的情况,这将直接导致逆变器输出电流谐波增大,影响电网质量。

2-1-6.逆变器可靠性较低

光伏电站一般修建在偏远的荒漠和山区,处于高压骨干网的最末端,在这种环境下电网实际上已经算作弱电网,系统阻抗较大。

光伏

电站多台逆变器在弱电网条件下同时并网容易造成电网谐振和震荡,甚至造成电网局部崩溃。

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2-2.未来发展趋势QUALITYINNOVATIONENERGY

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1、光伏产业总体介绍

2、目前电站级逆变器普遍存在的问题和未来的发展趋势

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3-1.多路多路独立独立MMPPPPTT和创和创新的新的算法算法设设计计提高发电量

我公司生产的光伏逆变器采用4路独立MPPT母线设计,有效的改善了改善了云层遮阴云层遮阴、、热斑效应热斑效应、、组件局部组件局部损坏对逆损坏对逆

变器变器发电量的影发电量的影响响,,使用户的投资收益比达到最大。

多峰值全局扫描算法MPPT震荡解决算法

日平均发电量

据我公司在宁夏所投10MW电站的月统计数字显示,

该电站的日发电量比同一地区10MW电站的日平均发电量

高出5%~10%。

使用东方日立DHSP系

其他光伏电站

列逆变器的光伏电站QUALITYINNOVATIONENERGY

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光伏电站级逆变器发电实例

我公司在宁夏某地的10MW并网光伏电站项目和同在一区域的某国外品牌

逆变器电站就投运后的数据进行了比较,我们东方电站的发电量明显高于旁边

的电站,基本每天的发电量保持在比邻近电站高出5%-10%。

类别我司某光伏电站某光伏电站

10MW10MW

电站总容量

逆变器厂家东方日立某国际知名品牌

MPPT路数（1MW逆变器）4路独立的MPPT1路独立的MPPTQUALITYINNOVATIONENERGY

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光伏电站级逆变器发电实例-2013年2月曲线图QUALITYINNOVATIONENERGY

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3-2.母线动态切换技术,弱弱光效光效率率高高、、谐波谐波小小

我公司逆变器每路独立MPPT均配备有2个功率模块,采

用母线动态切换技术,在低光照条件下只启动单

在低光照条件下只启动单

个功率模块,有效的降低了逆变器的自损

耗和耗和谐波谐波,,提高提高了低功率下的了低功率下的逆变效率逆变效率。

。

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采采用用母线母线动态动态切换切换技术技术逆变逆变器与器与单单级式级式逆变逆变器在器在1100%%~~2200%%

功率输出条件下的输出谐波比较

经过谐波分析,在

15%功率条件下,采

用母线动态切换技

术逆变器比单级式

逆变器的输出谐波

小30%;

单级式逆变器波形

东方日立逆变器输出波形QUALITYINNOVATIONENERGY

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3-3.弱电网情况下的电网震荡抑制

传统的抑制电网震荡的做法是采用LCR的滤波方式,在滤波电容Cg上串联一个阻尼电

阻,增大电感的阻尼系数,但这样做会增加系统损耗,减少系统发电量;

创新技术:

采用软件虚拟

阻尼算法抑制

电网震荡!

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3-4.多机并联运行的环流抑制

多模块并联产生的高频环流QUALITYINNOVATIONENERGY

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3-4.逆变器PID技术

工程实际中由于各种原因组件的电池板和

边框存在电势差,此电势差会导致电池板

长期运行寿命降低。

据实际数据反映,有

PID是什么?

光伏电站存在投运一年后电池板衰减率达

到50%的情况,甚至更高。

这就是由于电

池板的PID效应导致的。

逆变器能否

通过独创的PID抑制技术,逆变器的正极和

改善这种现

负极均可分别接地,极大的改善了电池组

象?

件的PID效应,降低了组件的衰减率。

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3-5.东方日立致力于技术的不断创新

东方日立一直坚持“以市场为导向,研发为核心”的理

念持之以恒的致力于技术的不断创新,确保产品品质

的稳定、可靠,不断推出技术领先的新产品,推动行

业技术的向前发展。

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