资料介绍
20 世纪 70 年代以来,两次石油危机、当前严重的环境污染以及气候变暖峰会的强烈呼吁,迫使人们更加努力寻找和开发新能源。对于污染及耗能大户 ——电力工业,也面临巨大的挑战。光伏发电 作为可再生的替代能源发电,在世界范围内受到高 度重视且发展迅速。目前,光伏发电作为常规能源 的补充,无论从解决电力耗能问题上,还是从环境保护战略上都具有重大的战略意义。
在国内,政府先后出台《可再生能源法》及其相关实施细 则等政策来 扶持光伏等新能源产业发展。2009 年,随着 “金太阳”工程在全国各省的动工 实施,国内光伏市场将得以长足发展。不仅如此,新能源振兴规划预测,2020 年光伏发电安装量将要 达到 2000 万 kW,《可再生能源中长期发展规划》 是中规定的 10 倍以上。
由此可见,从全世界到国家,光伏发电产业都 将得到大力支持,并得以迅速发展,这必将带动光 伏产业:原材料生产、太阳能电池及组件生产、逆 变器等相关设备制造的配套行业的迅猛发展。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中核心部件,其主 要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成交流 电,并送入电网。其效率的高低、可靠性的好坏将 直接影响整个光伏发电系统的性能。
1.2 国外逆变器的研究现状
国外低压并网逆变器已经是较为成熟的市场产品 ,在欧洲光伏专用逆变市场中就有SMA,Sputnik 和西门子等众多的公司具有市场化的产品,高压并网逆变装置 SMA、 西门子等公司现已形成市 场产品。
SMA 公司的光伏并网逆变器目前有三大类型: SB 组串逆变器, SMC 小集中型逆变器,以及 2008 年研制成功 1MW SC 并网逆变器。SB 产品系列可以 将几台逆变器光伏组件输入端并接的 ST 技术以及低输入电压 LV 技术,可满足不同的应用要求。 SMC 产品系列采用集成直流负荷断路开关 ESS,较为简 单而又安全地断开光伏组件与逆变器; 具有三相功率 平衡功能,确保并网时的三相平衡。SC 并网逆变器 使用的电源系统可靠性高,微处理技术较为先进。
1.3 国内逆变器的研究现状
我国光伏发电的起步较晚,光伏系统的相关技 术的研究处于起步阶段,技术水平相对国外还有一 定差距。针对大型光伏发电系统的核心部分兆瓦级 并网逆变器,北京索英电气技术有限公司、安徽合 肥阳光电源有限公司等单位在这一方面进行了相关 的研究。
目前,北京索英电气技术有限公司主要是 SEE 系列逆变器分为单相和三相太阳能并网逆变器。此 系列产品容量范围从 10- 100kW,采用日本的智能 功率模块 IPM 作为主回路功率器件,运用该公司并 网控制技术,具有结构较为简单、效率高、性能优 良。但是应用于大型光伏电站则需要低压变压器来 解决,从长远来看,不利于大型光伏发电降低系统发电成本。
国内光伏逆变器领域的生产是一个弱项,光伏 逆变器产业整体水平较低,中国最大的光伏系统提供商—— 中盛光电采购的光伏逆变器多采用 西门子、SMA 等外资企业。这样导致大型光伏系统的造 价升高、依赖性强,从而制约了并网型光伏系统在 国内市场的发展和推广。1.4 逆变技术发展趋势
随着光伏发电的迅速发展,对光伏发电提出了 新的要求,需要大规模的并网发电,与电网连接同 步运行。并网逆变器作为光伏发电的核心,对其要 求也越来越高。
首先,要求逆变器输出的电量和电网电量保持 同步,在相位、频率上严格一致,逆变器的功率因 数近于 1 。其次,满足电网电能质量的要求,逆变 器应输出失真度小的正弦波。第三,具有对孤岛检 测的功能,防止孤岛效应的发生,避免对用电设备 和人身造成伤害。第四,为了保证电网和逆变器安 装可靠运行,两者之间的有效隔离及接地技术也非常重要。
主要技术发展趋势如下:
( 1)结构发展趋势
过去逆变器的结构由工频变压器结构的光伏逆 变器转化多转换级带高频变压器的逆变结构,功率 密度大大提高, 但也导致了逆变器的电路结构复杂, 可靠性降低。现阶段的光伏并网逆变器普遍采用了 串级型,经过反复研究表明:逆变器采用多串级逆 变结构,融合了串级的设计灵活、高能量输出与集 中型低成本的优点,是今后光伏并网逆变结构的一 种发展趋势。
( 2)控制策略发展趋势 光伏并网发电系统中的逆变器需要对电流和功 率进行控制,逆变器输出电流主要采用各种优化的 PWM 控制策略。
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