電力電子知識(shí)入門4

電力電子知識(shí)入門42023/12/27電力電子知識(shí)入門4目錄風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電電力儲(chǔ)能2電力電子知識(shí)入門4目前風(fēng)電發(fā)展呈現(xiàn)特點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電電氣控制組成風(fēng)電變流器（雙饋、直驅(qū)）國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹風(fēng)電變流器發(fā)展展望一風(fēng)力發(fā)電3電力電子知識(shí)入門4一風(fēng)力發(fā)電4電力電子知識(shí)入門4目前風(fēng)電發(fā)展呈現(xiàn)特點(diǎn)：因風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高，在大型風(fēng)電機(jī)組上更顯經(jīng)濟(jì)性等，水平軸風(fēng)電機(jī)組成了世界風(fēng)電發(fā)展的主流機(jī)型，并占到95%以上的市場(chǎng)份額；而具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點(diǎn)的變槳距功率調(diào)節(jié)方式，近年也得到廣泛采用。我國2008年安裝的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組，都是變槳距機(jī)組。風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量持續(xù)增大，世界上主流機(jī)型已經(jīng)從2000年的500～1000千瓦增加到2008年的2～3兆瓦。海上風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)進(jìn)一步加快了大容量風(fēng)機(jī)的發(fā)展，目前，已有企業(yè)開始設(shè)計(jì)和制造8～10兆瓦風(fēng)電機(jī)組。直驅(qū)式、全功率變流技術(shù)得到迅速發(fā)展。據(jù)祁和生介紹，無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和壽命，減少維護(hù)成本，因而得到了市場(chǎng)的青睞。大型風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件的性能日益提高。國外己研發(fā)出3000V~12000V的風(fēng)力發(fā)電專用高壓發(fā)電機(jī)，使發(fā)電機(jī)的效率進(jìn)一步提高；高壓三電平變流器的應(yīng)用大大減少了功率器件的損耗，使逆變效率達(dá)到98%以上；某些公司還對(duì)槳葉及變槳距系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營的技術(shù)水平日益提高。“隨著投資者對(duì)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期的評(píng)估和建成后運(yùn)行質(zhì)量的要求越來越高，國外已開發(fā)出了許多先進(jìn)測(cè)試設(shè)備和評(píng)估軟件?！逼詈蜕榻B說，在風(fēng)電場(chǎng)選址方面開發(fā)了商業(yè)化的應(yīng)用軟件；在風(fēng)電機(jī)組布局及電力輸配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也開發(fā)出了成熟軟件；國外還對(duì)風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的短期及長期發(fā)電量預(yù)測(cè)做了很多研究，精確度可達(dá)90%以上。一風(fēng)力發(fā)電5電力電子知識(shí)入門4風(fēng)力發(fā)電電氣控制系統(tǒng)一風(fēng)力發(fā)電6電力電子知識(shí)入門4整機(jī)分類從整機(jī)結(jié)構(gòu)上分類，風(fēng)電整機(jī)可以分成異步失速，雙饋?zhàn)兯俸泐l，永磁直驅(qū)三種。由于電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償和低電壓穿越能力的要求，已經(jīng)安裝的異步失速風(fēng)機(jī)風(fēng)場(chǎng)，需要進(jìn)行相應(yīng)的改造以滿足并網(wǎng)的要求。雙饋?zhàn)兯俸泐l和永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)由于安裝了變流器，具有較好的對(duì)功率因素和無功的調(diào)節(jié)能力，逐步成為主要的發(fā)展方向。目前主流在產(chǎn)的1.5MW和2MW風(fēng)機(jī)均采用這兩種技術(shù)路線。風(fēng)力發(fā)電電氣控制系統(tǒng)一風(fēng)力發(fā)電7電力電子知識(shí)入門4典型的雙饋機(jī)型結(jié)構(gòu)典型的直驅(qū)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)無齒輪箱直驅(qū)式風(fēng)機(jī)：風(fēng)機(jī)葉輪直接驅(qū)動(dòng)多級(jí)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)電，免去齒輪箱這一傳統(tǒng)部件，發(fā)電機(jī)采用高磁能積的永磁材料作為磁極，省去了勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的損耗。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)：是通過葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過主軸傳動(dòng)鏈，經(jīng)過齒輪箱增速到異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后，通過勵(lì)磁變流器勵(lì)磁而將發(fā)電機(jī)的定子電能并入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電電氣控制系統(tǒng)一風(fēng)力發(fā)電8電力電子知識(shí)入門4風(fēng)電變流器一風(fēng)力發(fā)電風(fēng)電變流器與傳動(dòng)鏈的電氣連接示意圖9電力電子知識(shí)入門4雙饋異步發(fā)電機(jī)是當(dāng)今最有發(fā)展前途的一種發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)是由一臺(tái)帶集電環(huán)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)和變頻器組成，變頻器有交－交變頻器、交－直－交變頻器及正弦波脈寬調(diào)制雙向變頻器三種，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。雙饋異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙饋電機(jī)及變流器風(fēng)電變流器一風(fēng)力發(fā)電10電力電子知識(shí)入門411電力電子知識(shí)入門4雙饋異步發(fā)電機(jī)工作原理：異步發(fā)電機(jī)中定、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)始終是相對(duì)靜止的，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而頻率不變時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定、轉(zhuǎn)子電流的頻率關(guān)系可表示為：

式中

f1——定子電流的頻率（Hz），f1=pn1/60，n1為同步轉(zhuǎn)速；p——發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)；n——轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min）；f2——轉(zhuǎn)子電流的頻率（Hz），因f2=sf1，故f2又稱為轉(zhuǎn)差頻率。一風(fēng)力發(fā)電12電力電子知識(shí)入門4根據(jù)雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋異步發(fā)電機(jī)可以有三種運(yùn)行狀態(tài)：1）亞同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n<n1，轉(zhuǎn)差率s>0，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同方向，功率流向如圖所示。定子向電網(wǎng)饋送電力的同時(shí)，需要向轉(zhuǎn)子饋入部分電力。一風(fēng)力發(fā)電13電力電子知識(shí)入門42）超同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n>n1，轉(zhuǎn)差率s<0，轉(zhuǎn)子中的電流相序發(fā)生了改變，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反方向，功率流向如圖所示。3）同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n=n1，f2=0，轉(zhuǎn)子中的電流為直流。

定子向電網(wǎng)饋送電力外，轉(zhuǎn)子也向電網(wǎng)饋送一部分電力。一風(fēng)力發(fā)電14電力電子知識(shí)入門4當(dāng)來流風(fēng)速降低時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速降低，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n也降低，轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n2將低于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1，定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率f低于額定頻率f1（50Hz），此時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置立即將轉(zhuǎn)速降低這一信息反饋到變流器，使轉(zhuǎn)子電流的頻率增高，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速又回升到同步轉(zhuǎn)速n1，于是定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率又恢復(fù)到額定頻率f1。同理，當(dāng)來流風(fēng)速增大時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)子電流的頻率，從而實(shí)現(xiàn)定子電流頻率的恒定不變?？傊?dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于或低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)控制變頻器能量流入或流出電網(wǎng)；二者相同時(shí)，變頻器提供直流勵(lì)磁。這樣就控制了定子向電網(wǎng)供應(yīng)電能頻率的穩(wěn)定。雙饋風(fēng)機(jī)控制控制過程：一風(fēng)力發(fā)電15電力電子知識(shí)入門4雙饋機(jī)組特點(diǎn)：雙饋機(jī)組采用了多級(jí)齒輪箱驅(qū)動(dòng)異步發(fā)電機(jī)，它的電機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，但齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)成本高且存在機(jī)械損耗。雙饋型采用雙饋發(fā)電機(jī)，在轉(zhuǎn)子繞組上串入可以四象限運(yùn)行的變頻器，控制定子繞組和電網(wǎng)之間的功率流動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)變頻器的功率要求只有系統(tǒng)總功率的1/3~1/4。雙饋型變流器對(duì)電網(wǎng)電壓和頻率的波動(dòng)比較敏感。在出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落的情況下，如果網(wǎng)側(cè)電壓下降40％，將會(huì)造成電機(jī)側(cè)的電流上升4倍，考慮這種情況則變流器需要選用容量更大的IGBT，或者采用“crowbar”。另一方面電機(jī)側(cè)的電流突增會(huì)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪箱和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生沖擊，這些因素在雙饋型變流裝置的設(shè)計(jì)時(shí)都要予以充分的考慮。一風(fēng)力發(fā)電16電力電子知識(shí)入門4

直驅(qū)電機(jī)及變流器發(fā)電機(jī)軸直接連接到葉輪軸上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，其交流電的頻率也隨之變化，經(jīng)過置于地面的大功率電力電子變換器，將頻率不定的交流電整流成直流電，再逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。變流器可以根據(jù)要求進(jìn)行有功功率、無功功率及頻率輸出的任意調(diào)節(jié)，具有較強(qiáng)的低電壓穿越能力。當(dāng)發(fā)電機(jī)采用低速多極同步發(fā)電機(jī)時(shí),可以不使用齒輪箱,即“直接驅(qū)動(dòng)”風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，將電機(jī)定子繞組輸出直接連接到全功率的變流器上，由變流器將電機(jī)輸出變化的電壓/電流轉(zhuǎn)換為和接入電網(wǎng)相匹配的電壓和頻率。風(fēng)電變流器一風(fēng)力發(fā)電17電力電子知識(shí)入門418電力電子知識(shí)入門41、由于電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下輸出電壓不同，因此逆變器輸入側(cè)的直流電壓一直在變化。當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，PWM逆變器輸入電壓很低，為了并網(wǎng)，必須提高逆變器的調(diào)制深度。這會(huì)導(dǎo)致逆變器運(yùn)行效率低，開關(guān)利用率低，峰值電流高，傳導(dǎo)損耗大。2、由于不控整流橋的非線性特性，整流橋輸入側(cè)電流特性畸變很嚴(yán)重，諧波含量比較大，會(huì)使發(fā)電機(jī)功率因數(shù)降低，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩。由于不控整流橋的非線性特性，整流橋輸入側(cè)電流特性畸變很嚴(yán)重，諧波含量比較大，會(huì)使發(fā)電機(jī)功率因數(shù)降低，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩?？稍谡髦蟛捎枚嗉?jí)Boost電路交錯(cuò)并聯(lián)的方式以增加功率傳送能力并降低開關(guān)頻率。主要缺點(diǎn)是，前端的PWM整流器的會(huì)大大提高系統(tǒng)的成本。一風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)型變流器拓?fù)?9電力電子知識(shí)入門4直驅(qū)方案的優(yōu)點(diǎn)：采用永磁同步發(fā)電機(jī)可以做到風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的直接耦合，省去齒輪箱，即為直接驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，這樣可大大減小系統(tǒng)運(yùn)行噪聲，提高可靠性。直驅(qū)型機(jī)組雖然采用了全功率變頻裝置導(dǎo)致成本上升，但是全功率變頻裝置所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)卻是非常明顯的，它省去了故障率高、維護(hù)量大的滑環(huán)裝置，使整機(jī)的可靠性進(jìn)一步提高。特別是當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落的情況時(shí)，由于全功率變流器的輸出電流可以由直流電壓做閉環(huán)控制，基本上能夠很容易地控制輸出電流的波動(dòng)，這對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行和保障機(jī)組設(shè)備本身的安全是非常重要的。一風(fēng)力發(fā)電20電力電子知識(shí)入門4雙饋異步式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和永磁直驅(qū)式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)比較一風(fēng)力發(fā)電21電力電子知識(shí)入門4可以安裝在塔基處或者發(fā)電機(jī)艙內(nèi)一風(fēng)力發(fā)電ABB公司ACS800-67（用于異步滑環(huán)發(fā)電機(jī)）國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹22電力電子知識(shí)入門4變流器模塊一風(fēng)力發(fā)電ABB公司ACS800-67（用于異步滑環(huán)發(fā)電機(jī)）國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹23電力電子知識(shí)入門4ACS800-67雙饋電機(jī)變流器原理圖一風(fēng)力發(fā)電國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹24電力電子知識(shí)入門4電路板之間的接線圖一風(fēng)力發(fā)電國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹25電力電子知識(shí)入門4網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器網(wǎng)側(cè)變流器是一個(gè)基于IGBT模塊的變流器(ISU)，它帶有AC或DC熔斷器及可選設(shè)備。它帶有一個(gè)裝有IGBT供電控制程序的RDCU-02控制單元。網(wǎng)側(cè)變流器由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制單元通過光纖進(jìn)行控制。網(wǎng)側(cè)變流器將輸入的三相交流電整流為傳動(dòng)單元中間直流電路所需要的直流電。中間直流電流向轉(zhuǎn)子側(cè)變流器供電。網(wǎng)側(cè)濾波器用來抑制交流電壓和電流諧波。缺省情況下，網(wǎng)側(cè)變流器將直流環(huán)節(jié)的電壓控制在輸入線電壓的峰值。也可以通過一個(gè)參數(shù)將直流電壓給定值設(shè)得更高。IGBT半導(dǎo)體模塊的控制基于電機(jī)傳動(dòng)控制領(lǐng)域常用的直接轉(zhuǎn)矩控制方法(DTC)。每個(gè)變流器模塊都裝有一個(gè)轉(zhuǎn)速可控的內(nèi)部風(fēng)扇。該風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)IGBT模塊的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器包含一個(gè)或兩個(gè)基于IGBT的逆變器模塊(INU)。該變流器裝有繞線電機(jī)控制應(yīng)用程序，該程序還通過光纖對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器模塊進(jìn)行控制。LCL濾波器模塊用來減少傳動(dòng)單元向電網(wǎng)產(chǎn)生的干擾。Du/dt濾波器用于抑制轉(zhuǎn)子絕緣上出現(xiàn)的電壓尖峰和快速瞬變電壓。Crowbar用來在電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時(shí)防止出現(xiàn)過電壓，例如在電網(wǎng)失壓或電網(wǎng)短路時(shí)。一風(fēng)力發(fā)電ACS800-67雙饋?zhàn)兞髌魈攸c(diǎn)國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹26電力電子知識(shí)入門4冷啟動(dòng)在傳動(dòng)單元通電之前，必須保證傳動(dòng)單元柜體內(nèi)的溫度和濕度在允許的范圍之內(nèi)。傳動(dòng)單元柜體內(nèi)有一個(gè)加熱邏輯電路，它控制著柜體內(nèi)部的加熱系統(tǒng)，該電路保證了只有在工作條件滿足要求時(shí)才能啟動(dòng)傳動(dòng)單元。只有在網(wǎng)側(cè)變流器接觸器斷開并且傳動(dòng)單元從電網(wǎng)斷開時(shí)才能進(jìn)行加熱。當(dāng)傳動(dòng)單元接入電網(wǎng)時(shí)，變流器的正常損耗可以保證傳動(dòng)的溫度滿足運(yùn)行要求。加熱邏輯原理圖一風(fēng)力發(fā)電國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹27電力電子知識(shí)入門4Converteam雙饋?zhàn)兞髌鱌roWind(風(fēng)冷)風(fēng)冷2MW內(nèi)置LVRT硬件機(jī)側(cè)參數(shù)額定電壓690V額定容量950KVA額定電流760A一風(fēng)力發(fā)電國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹28電力電子知識(shí)入門4Converteam雙饋?zhàn)兞髌鱌roWind(水冷)2.5MW一風(fēng)力發(fā)電國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹29電力電子知識(shí)入門4ProWind雙饋?zhàn)兞飨到y(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)Converteam一風(fēng)力發(fā)電國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹30電力電子知識(shí)入門4ConverteamLVRT方案一風(fēng)力發(fā)電國外風(fēng)電變流器產(chǎn)品介紹31電力電子知識(shí)入門4一風(fēng)力發(fā)電風(fēng)電變流器發(fā)展展望高功率密度、通用模塊化設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的增長要求變流器的功率密度不斷得到提高，同時(shí)未來的海上風(fēng)場(chǎng)環(huán)境也要求系統(tǒng)有很高的可靠性和方便的維護(hù)性。因此需要采用功率等級(jí)更高的半導(dǎo)體器件和模塊化的設(shè)計(jì)方式。目前風(fēng)電變流器應(yīng)用最廣泛的開關(guān)器件為IGBT，而隨著變流器容量的增加，功率等級(jí)更高的IGCT將逐步得到推廣應(yīng)用。IGCT器件采用平板結(jié)構(gòu)，損耗可以通過上下兩個(gè)散熱面向外傳導(dǎo)，這就為充分發(fā)揮器件的功率處理能力、減小設(shè)備體積創(chuàng)造了有利條件。ABBPCS6000(5MW)全功率變流器中采用積木式模塊，該模塊集成了8個(gè)IGCT單元、吸收電路及水冷回路，取出任何一個(gè)IGCT單元都不需要拆卸母排和水管，并且智能保護(hù)系統(tǒng)能夠在沒有保險(xiǎn)管的前提下保證IGCT損壞不會(huì)導(dǎo)致其余部件的損毀，其可靠性和可維護(hù)性達(dá)到了相當(dāng)高的水平。三電平IGCT集成單元32電力電子知識(shí)入門4電壓電流等級(jí)不斷提高，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加靈活多樣海上風(fēng)力發(fā)電將風(fēng)機(jī)從陸地移向海面成為一種新的趨勢(shì)。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，風(fēng)電變流器的電壓與電流等級(jí)也在不斷提高，多電平變流器拓?fù)涞玫搅藦V泛關(guān)注。變流器采用多電平方式后，可以在常規(guī)功率器件耐壓基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高電壓等級(jí)，獲得更多級(jí)的輸出電壓，且波形更接近正弦，諧波含量少，電壓變化率小。目前，世界范圍內(nèi)從事大功率風(fēng)力發(fā)電用變流器和高壓變頻器研制的一些公司，均采用多電平的產(chǎn)品方案:ABB用于風(fēng)力發(fā)電的變流器PCS6000采用四象限二極管鉗位三電平結(jié)構(gòu)，器件采用IGCT；Siemens也有相似的應(yīng)用，功率器件采用高壓IGBT；法國ALSTOM公司采用飛跨電容型四電平拓?fù)?，功率器件采用IGBT，另外還基于IGCT開發(fā)出了飛跨電容型五電平變頻器。一風(fēng)力發(fā)電ABB四象限二極管鉗位三電平電路拓?fù)?3電力電子知識(shí)入門4一風(fēng)力發(fā)電低壓穿越問題研究逐步深入風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量越大，其低電壓穿越能力對(duì)電網(wǎng)的影響越大，而變流器是實(shí)現(xiàn)這一功能的主要承擔(dān)者。因此，使風(fēng)電機(jī)組能夠滿足和火力發(fā)電類似的傳軸可靠性標(biāo)準(zhǔn)是變流器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)。通過提高發(fā)電機(jī)組和變流器控制設(shè)計(jì)，低電壓穿越技術(shù)能使風(fēng)電機(jī)組在出現(xiàn)嚴(yán)重電網(wǎng)擾動(dòng)時(shí)可以不間斷運(yùn)行并快速向電網(wǎng)提供無功，減少電壓崩潰的危險(xiǎn)。從國外直驅(qū)風(fēng)電產(chǎn)品及其應(yīng)用看，為適應(yīng)新的電網(wǎng)規(guī)則對(duì)低電壓穿越和無功支持的要求，都已將這些功能集成到其產(chǎn)品中，可見低電壓穿越與無功支持已成為大型風(fēng)電機(jī)組必須具備的重要功能之一。目前國內(nèi)相關(guān)研究還存在兩個(gè)急需解決的前提條件，一是相關(guān)的正式標(biāo)準(zhǔn)需要盡快推廣實(shí)施，二是需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立相應(yīng)的試驗(yàn)平臺(tái)。國外一些變流器廠商都相繼建立了專門的低電壓穿越測(cè)試設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室，如ABB針對(duì)最新出臺(tái)的IEC61400-21標(biāo)準(zhǔn)建立電網(wǎng)故障模擬裝置。此外，在無功支持實(shí)現(xiàn)的研究中，如何協(xié)調(diào)多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功功率控制，獲得更好的風(fēng)電場(chǎng)電壓控制效果，也引起了相關(guān)研究人員的關(guān)注:變流器無功調(diào)節(jié)通常以風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)電壓水平為控制目標(biāo)，通過接入變流系統(tǒng)，單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以通過變流器的快速電壓控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)自身輸出無功功率的功能;但多臺(tái)發(fā)電機(jī)組均自行調(diào)節(jié)輸出無功功率，反而可能加劇風(fēng)場(chǎng)公共接入點(diǎn)電壓的波動(dòng)，與穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)公共接入點(diǎn)電壓的初衷背道而馳。34電力電子知識(shí)入門4電磁兼容問題隨著直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的大型、超大型化，以及風(fēng)力發(fā)電所占電網(wǎng)發(fā)電份額的逐年擴(kuò)大，作為主要電網(wǎng)接入設(shè)備，變流器系統(tǒng)的電磁兼容性能無疑成為影響風(fēng)電機(jī)組甚至風(fēng)場(chǎng)發(fā)電性能的重要因素。目前，在電磁兼容性和電磁干擾治理方面，關(guān)于小容量變流裝置的研究成果已有較多文獻(xiàn)發(fā)表，且多數(shù)研究關(guān)注于低頻段的諧波分析和電磁干擾抑制，而對(duì)高頻段的輻射干擾方面研究較少。由于大容量變流器在功率信號(hào)等級(jí)、結(jié)構(gòu)尺寸和電路拓?fù)渖系牟町悾酝碾姶鸥蓴_抑制技術(shù)很難直接應(yīng)用，必須研究適合于高強(qiáng)度電場(chǎng)、磁場(chǎng)工作場(chǎng)合的干擾抑制技術(shù)。另外，從風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的電磁兼容角度，也需要開展高頻輻射干擾的研究工作，確保系統(tǒng)工作在一個(gè)良好的電磁環(huán)境中。一風(fēng)力發(fā)電35電力電子知識(shí)入門4太陽能光伏發(fā)電原理光伏逆變器的應(yīng)用類型光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要技術(shù)要點(diǎn)光伏逆變器的基本要求和發(fā)展趨勢(shì)光伏逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光伏逆變器設(shè)計(jì)要求及相關(guān)技術(shù)光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)（MPPT、過/欠電壓、防孤島、系統(tǒng)諧波抑制、PLL）重點(diǎn)光伏逆變器廠商及其產(chǎn)品介紹二光伏發(fā)電36電力電子知識(shí)入門4二光伏發(fā)電37電力電子知識(shí)入門4太陽能電池板工作原理：基本材料為Si及其化合物；基本結(jié)構(gòu)為PN結(jié)；光照在PN結(jié)上，導(dǎo)致電子和空穴移動(dòng)，接通PN端，即形成電子從N區(qū)流向P區(qū)的電流；單一Cell只能產(chǎn)生約0.5V的電壓降，通常的太陽能組件是由許多Cell串并聯(lián)組成，用特用化學(xué)材料封裝，并加以鋁框后制成。二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理38電力電子知識(shí)入門4太陽能電池組件輸出特性二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理39電力電子知識(shí)入門440●光伏獨(dú)立供電系統(tǒng)－PV組件－蓄電池－充放電控制器●光伏并網(wǎng)系統(tǒng)－PV組件－并網(wǎng)逆變器－雙向計(jì)量裝置－公用電網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理40電力電子知識(shí)入門441逆變器是光伏電站系統(tǒng)的核心技術(shù)，要求無故障工作時(shí)間長達(dá)10年，并網(wǎng)、防孤島、諧波抑制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難度大，也是中國急待突破的瓶頸技術(shù)難點(diǎn)41二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理41電力電子知識(shí)入門4戶用單相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，功率等級(jí)以2-8kW為主；單相或3相中功率并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，功率等級(jí)大多為10-300kW，多應(yīng)用于建筑一體化項(xiàng)目；大功率并網(wǎng)逆變電站用逆變器，主要用于大規(guī)模光伏電站建設(shè)總功率逾MW級(jí)，甚至數(shù)百M(fèi)W，一般由100kW-500kW以上的并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)組成。

42光伏逆變器的應(yīng)用類型二光伏發(fā)電42電力電子知識(shí)入門4光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要技術(shù)要點(diǎn)43二光伏發(fā)電43電力電子知識(shí)入門4是實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)變成符合電網(wǎng)接入要求的關(guān)鍵設(shè)備；具有最大功率點(diǎn)跟蹤；孤島保護(hù)等功能；轉(zhuǎn)化效率>95%和諧波指標(biāo)要求高<3%；可控性、可靠性等都有極高的要求。*44光伏逆變器的基本要求和發(fā)展趨勢(shì)二光伏發(fā)電44電力電子知識(shí)入門4二光伏發(fā)電光伏逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)45電力電子知識(shí)入門4*不同形式的優(yōu)缺點(diǎn)二光伏發(fā)電46電力電子知識(shí)入門4成本性能性能成本TradeAreaImpossibleCostLine在普通電氣設(shè)備的選型中，成本是決定性指標(biāo),但是并網(wǎng)逆變器的關(guān)鍵指標(biāo)是性能和發(fā)電量二光伏發(fā)電性能與成本的協(xié)調(diào)47電力電子知識(shí)入門4二光伏發(fā)電新型光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)框圖48電力電子知識(shí)入門4光伏系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求：高效，高可靠性，長壽命，低價(jià)格；除此之外，選擇具體架構(gòu)時(shí)還要考慮漏電流，絕緣以及體積和總量等因素。二光伏發(fā)電光伏逆變器設(shè)計(jì)要求及相關(guān)技術(shù)49電力電子知識(shí)入門4效率目前市場(chǎng)上銷售的光伏逆變器最高效率98％，歐洲效率達(dá)97.5%實(shí)驗(yàn)室（ISE）最高效率約為98.5％典型效率：Transformer：91～93％Notransformer：94～96％壽命太陽能電池板壽命約為20年，而逆變器壽命大約為5年左右ISE（FraunhoferInstitueforsolarEnergysystems）98.5％usingSiCtransistor，Singlephase,5kWgridtiedInverter；HERIC技術(shù)歐洲效率定義：效率與壽命二光伏發(fā)電50電力電子知識(shí)入門4ZSource電壓型逆變器（包括多電平和級(jí)聯(lián)等架構(gòu)）優(yōu)點(diǎn)：控制簡單=〉PWM控制缺點(diǎn)：硬開關(guān)=〉開關(guān)損耗大，EMC嚴(yán)重電流型逆變器優(yōu)點(diǎn)：控制簡單（PWM）+開關(guān)器件電壓應(yīng)力低缺點(diǎn)：硬開關(guān)=〉開關(guān)損耗大，EMC嚴(yán)重Z-Souce優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)Buck、Boost功能+PWM控制缺點(diǎn)：硬開關(guān)+大電容并網(wǎng)逆變器架構(gòu)二光伏發(fā)電51電力電子知識(shí)入門4逆變器軟開關(guān)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：減少開關(guān)損耗+EMC輕缺點(diǎn)：控制復(fù)雜+輔助電路+犧牲輕載效率二光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器架構(gòu)52電力電子知識(shí)入門4帶隔離變壓器？無隔離變壓器型逆變器占據(jù)70％市場(chǎng)份額。但美國市場(chǎng)依然是帶變壓器的逆變器為主。UL1741以及NEC2008標(biāo)準(zhǔn)只是對(duì)600VDC以下系統(tǒng)沒有接地要求，但以三相系統(tǒng)為主的600VDC以上系統(tǒng)，依然有接地要求；無隔離變壓器逆變器，需要RCMU（ResidulaCurrentMonitorUnit）隔離變壓器缺點(diǎn)：效率低，體積和重量二光伏發(fā)電設(shè)計(jì)要求及相關(guān)技術(shù)53電力電子知識(shí)入門4當(dāng)負(fù)載RL從0變化到無窮大時(shí)，即可得到如圖所示太陽能電池輸出特性曲線。調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL到某一值Rm時(shí)，在曲線上得到一點(diǎn)M，其對(duì)應(yīng)的工作電壓和工作電流之積最大，即Pm=Im*Vm，將此M點(diǎn)定義為最大功率輸出點(diǎn)（MPP）。光伏電池的伏安特性光伏電池的輸出特性圖二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT54電力電子知識(shí)入門4MPPT本質(zhì)上是一個(gè)尋優(yōu)過程。通過測(cè)量電壓、電流和功率，比較它們之間的變化關(guān)系，決定當(dāng)前工作點(diǎn)與峰值點(diǎn)的位置關(guān)系，然后控制電流（或電壓）向當(dāng)前工作點(diǎn)與峰值功率點(diǎn)移動(dòng)，最后控制電流（或電壓）在峰值功率點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)來回?cái)[動(dòng)。圖4-22不同光照強(qiáng)度下的光伏電池最大功率點(diǎn)

MPPT工作原理：二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT55電力電子知識(shí)入門41.定電壓跟蹤法2.擾動(dòng)觀察法3.功率回授法4.增量電導(dǎo)法5.模糊邏輯控制6.滯環(huán)比較法7.神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制法8.最優(yōu)梯度法常用最大功率點(diǎn)跟蹤算法：

在光伏系統(tǒng)中，通常要求光伏電池的輸出功率保持在最大，也就是讓光伏電池工作在最大功率點(diǎn)，從而提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。MPPT就是一個(gè)不斷測(cè)量和不斷調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)的過程，它不需要知道光伏陣列精確的數(shù)學(xué)模型，而是在運(yùn)行過程中不斷改變可控參數(shù)的整定值，使得當(dāng)前工作點(diǎn)逐漸向峰值功率點(diǎn)靠近，使光伏系統(tǒng)運(yùn)作在峰值功率點(diǎn)附近。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT56電力電子知識(shí)入門4多DC/DC模塊的MPPT跟蹤，減少光伏板的串并聯(lián)數(shù)量，提高組件利用率系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控，調(diào)節(jié)各個(gè)逆變器的工作點(diǎn)，防止工作點(diǎn)的偏離導(dǎo)致多余的停機(jī)二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT逆變器的發(fā)電量最大是決定性因素57電力電子知識(shí)入門4LocalMPP不同逆變器發(fā)電量比較全局MPPT/分布式MPPT二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT58電力電子知識(shí)入門4系統(tǒng)協(xié)調(diào)，通過監(jiān)控主機(jī)設(shè)定最優(yōu)工作點(diǎn)二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——過/欠電壓問題59電力電子知識(shí)入門460光伏發(fā)電帶來的新安全隱患二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——防孤島問題60電力電子知識(shí)入門4孤島現(xiàn)象定義所謂孤島現(xiàn)象，是指當(dāng)電網(wǎng)因當(dāng)電網(wǎng)因故障、事故、自然因素或停電維修等原因而跳脫中斷供電時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器未能即時(shí)檢測(cè)出停電狀態(tài)而將自身切離市電網(wǎng)絡(luò)，仍繼續(xù)向電網(wǎng)輸送一定比例的電能，由太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負(fù)載形成的一個(gè)電力公司無法掌握的自給供電孤島孤島現(xiàn)象危害孤島上的電壓和頻率漂移可能會(huì)損壞用電設(shè)備；會(huì)威脅輸電線路維修人員的人身安全；單相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)某一相線路供電，會(huì)造成三相負(fù)載的欠相供電；電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，孤島電壓的頻率、幅值和相位都可能與電網(wǎng)電壓不同步，這樣就可能損壞并網(wǎng)逆變器。常用反孤島算法被動(dòng)方式（Passivemethods）：欠壓/過壓；欠頻/過頻；電壓相位跳變偵測(cè)；電壓諧波偵測(cè)主動(dòng)方式（Activemethods）：輸出功率偏移，主動(dòng)頻率漂移；滑膜頻率漂移，電壓或頻率正反饋，利用外部設(shè)備或諧波注入進(jìn)行阻抗檢測(cè)。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——防孤島問題61電力電子知識(shí)入門4孤島導(dǎo)致的安全問題靈敏度與覆蓋率的折中二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——孤島檢測(cè)技術(shù)62電力電子知識(shí)入門4實(shí)用的孤島檢測(cè)技術(shù)被動(dòng)檢測(cè)技術(shù)存在盲區(qū)，當(dāng)本地負(fù)載與逆變器功率較為匹配時(shí)，被動(dòng)檢測(cè)一般是檢測(cè)不出來的；實(shí)際中應(yīng)用的Anti-islanding技術(shù)一般是被動(dòng)檢測(cè)和主動(dòng)檢測(cè)相結(jié)合的方式。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——孤島檢測(cè)技術(shù)63電力電子知識(shí)入門4頻率和電壓正反饋法正反饋的概念就是在孤島發(fā)生后加強(qiáng)電壓和頻率的變化，在標(biāo)準(zhǔn)RLC負(fù)載條件下，其有功和無功與電壓和頻率關(guān)系為下面兩式，據(jù)此可建立正反饋。在DQ坐標(biāo)系中，假定有功分量被定在d軸上，而無功分量被定在q軸上。改變?nèi)我粋€(gè)分量（即有功或無功）除了會(huì)改變?cè)搶?duì)應(yīng)軸上分量的數(shù)值外，還會(huì)改變合成空間矢量與d軸（或q軸）的夾角，因而會(huì)改變頻率（因頻率是相角的積分）。若逆變器工作在功率因數(shù)為1時(shí)，那么改變d軸分量將不會(huì)對(duì)頻率產(chǎn)生任何影響。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——孤島檢測(cè)技術(shù)64電力電子知識(shí)入門4二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——系統(tǒng)的諧波抑制問題65電力電子知識(shí)入門4光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中同步的意義：滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)功率因數(shù)的要求；滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)諧波的要求；減少電網(wǎng)暫態(tài)現(xiàn)象對(duì)PVInverter的影響；兩種基本的同步方法過零點(diǎn)偵測(cè)在單相系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用；鎖相環(huán)（PLL）普遍應(yīng)用于三相系統(tǒng)；可以推廣到單相系統(tǒng)中；PLL優(yōu)點(diǎn)無需引入延遲同時(shí)可以得到電網(wǎng)電壓頻率以及有效值（RMS）信息；二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——PLL66電力電子知識(shí)入門4二光伏發(fā)電重點(diǎn)光伏逆變器廠商及其產(chǎn)品——SMASMA艾思瑪技術(shù)股份公司，成立于1981年，總部位于德國的Niestetal（屬于卡塞爾市）。是光伏逆變器的全球市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，在光伏系統(tǒng)技術(shù)、風(fēng)能和互補(bǔ)供電系統(tǒng)方面有著28年的豐富經(jīng)驗(yàn)，是全世界光伏領(lǐng)域最早涉獵者之一。其光伏逆變器的市場(chǎng)份額占有率達(dá)到50%以上。SMA公司于2003年在北京設(shè)立了代表機(jī)構(gòu)，開始了中國市場(chǎng)的開拓。隨著2005年《中華人民共和國可再生能源法》的正式頒布，SMA光伏技術(shù)在中國市場(chǎng)的應(yīng)用越來越廣泛。其中典型項(xiàng)目如亞洲最大的深圳國際園林博覽園1MWp光伏并網(wǎng)系統(tǒng)、與華能公司合作的南澳風(fēng)場(chǎng)100kWp風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、在新疆、青海、云南、甘肅建設(shè)獨(dú)立村落供電系統(tǒng)的德援KFW項(xiàng)目、與無錫尚德合作的云南電網(wǎng)200kWp光伏并網(wǎng)系統(tǒng)等項(xiàng)目。SMA于2007年初，投資成立了艾思瑪（北京）商貿(mào)有限公司。67電力電子知識(shí)入門4SMA公司的主要核心技術(shù)為光伏逆變器產(chǎn)品的研發(fā)，其產(chǎn)品型號(hào)多達(dá)幾十種，包括光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)和配套軟件，SMA公司在光伏逆變器的豐富經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上還致力于小型風(fēng)電變流器的研制工作。無變壓器型并網(wǎng)逆變器變壓器型并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)備用發(fā)電系統(tǒng)集中型并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)供電系統(tǒng)通訊與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)能技術(shù)二光伏發(fā)電重點(diǎn)光伏逆變器廠商及其產(chǎn)品——SMA68電力電子知識(shí)入門4SMA無變壓器型并網(wǎng)逆變器——SB系列二光伏發(fā)電SB系列是SMA無變壓器系列的第一款產(chǎn)品，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效率高。產(chǎn)品型號(hào)主要有SB2100TL、SB3300TLHC、SB4000TL、SB5000TL、SB4200TLHC、SB5000TLHC。

SB2100TL、SB3300TLHCSB4000TL、SB5000TLSB4200TLHC、SB5000TLHCSunnyBoy多組串型逆變器可以同時(shí)與2組光伏組件連接運(yùn)行，它與傳統(tǒng)的組串技術(shù)不同的是，多組串逆變器可以連接不同朝向的光伏組件，也可以彌補(bǔ)不同連接串中由于不同光電組件數(shù)量、不同電池板型號(hào)、陰影或部分陰影帶來的影響。因?yàn)槊看季哂歇?dú)立的最大功率跟蹤器，最后通過一個(gè)共同的逆變器轉(zhuǎn)換兩個(gè)直流單元輸入。69電力電子知識(shí)入門4

SMA無變壓器型并網(wǎng)逆變器SunnyTower

二光伏發(fā)電SunnyTower是采用小型逆變器組建成大功率的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，組合后功率可達(dá)到50kW，且經(jīng)濟(jì)效益與小型逆變器一樣可觀，SunnyTower的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到98%。系統(tǒng)框圖

技術(shù)參數(shù)外形圖70電力電子知識(shí)入門4SMA無變壓器型并網(wǎng)逆變器SMC系列

二光伏發(fā)電SunnyMiniCentral系列開創(chuàng)了逆變器技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)，逆變器的轉(zhuǎn)換效率首次達(dá)到98%，功率從6kW到11kW分為六款產(chǎn)品。技術(shù)上采用了H5技術(shù)以及直流電子開關(guān)ESS，采用MPPT優(yōu)化跟蹤技術(shù)OptiTrac，具有功率平衡功能，能夠在不同相上控制并平衡并網(wǎng)輸出功率。71電力電子知識(shí)入門4SMA變壓器型并網(wǎng)逆變器二光伏發(fā)電

SB700：具有三種不同的電壓輸入范圍。SB1100LV：是為21-60V的低直流輸入電壓設(shè)計(jì)的逆變器SB1100、SB1700系列逆變器

SB2500、SB3000：是目前SunnyBoy系列逆變器中銷量最多的。SB3300、SB3800：是SMA公司的一款測(cè)試產(chǎn)品。SMC5000A、SMC6000A：最小的集中型逆變器。SMC7000HV變壓器型并網(wǎng)逆變器在無變壓器型并網(wǎng)逆變器的基礎(chǔ)上，增加了輸出側(cè)的隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。其產(chǎn)品型號(hào)比無變壓器型逆變器要豐富的多，是SMA公司最早推出的系列逆變器產(chǎn)品。主要分為SB系列和SMC系列。72電力電子知識(shí)入門4SMA變壓器型并網(wǎng)逆變器二光伏發(fā)電以SMC7000HV為例，介紹變壓器型逆變器的技術(shù)特點(diǎn)，SMC7000HV型逆變器具有寬的電壓輸入范圍，上限達(dá)到800V，適合于系統(tǒng)電壓高的組件配合使用，系統(tǒng)框圖和技術(shù)參數(shù)如下圖所示，系統(tǒng)框圖中可見其輸出側(cè)設(shè)置了隔離變壓器。73電力電子知識(shí)入門4SMA集中型并網(wǎng)逆變器二光伏發(fā)電隨著市場(chǎng)對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的需求不斷增長，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的容量也越來越大。SMA公司的集中型并網(wǎng)逆變器的功率單臺(tái)從100kW到1250kW，整個(gè)集中型逆變器采用機(jī)柜安裝，具有組串監(jiān)測(cè)、聯(lián)組運(yùn)行等功能，內(nèi)置數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，并可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程登陸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。SMA集中型逆變器的產(chǎn)品型號(hào)比較多，總體上分為SC型、SCLV型、SCHE型、SCMV型和保護(hù)監(jiān)控器件。集中并網(wǎng)逆變器SC系列

SC系列產(chǎn)品型號(hào)主要有SC100(戶內(nèi)/戶外)、SC150、SC200、SC250、SC350。采用緊湊型機(jī)柜設(shè)計(jì)，直流側(cè)裝有斷路器，具有直流側(cè)和交流側(cè)過壓保護(hù)功能，通過遠(yuǎn)程接入實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通訊，可以通過郵件或短信發(fā)送故障和狀態(tài)信息。74電力電子知識(shí)入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SC系列

二光伏發(fā)電75電力電子知識(shí)入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SCLV系列

二光伏發(fā)電SCLV系列的集中并網(wǎng)逆變器是應(yīng)用于300-600DC低電壓輸入范圍，用于與低系統(tǒng)電壓的組件連接，產(chǎn)品型號(hào)主要有：SC100LV、SC125LV，08年推出了SC400LV型。76電力電子知識(shí)入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SCHE系列

二光伏發(fā)電SCHE系列并網(wǎng)逆變器取消了低壓變壓器，可以配置中壓升壓變壓器，與中壓電網(wǎng)連接。主要產(chǎn)品型號(hào)有：SC200HE、SC250HE、SC350HE、SC500HE，08年推出了SC630HE。77電力電子知識(shí)入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SCMV系列

二光伏發(fā)電SCMV型系列并網(wǎng)逆變器為大容量電站級(jí)集中并網(wǎng)逆變器，內(nèi)置中壓變壓器，提供交鑰匙解決方案，采用混凝土戶外箱房結(jié)構(gòu)，內(nèi)部取消低壓變壓器，可提高發(fā)電效率1.5-2.0%，直流輸入電壓可擴(kuò)展至1000V，每個(gè)MV電站都由兩臺(tái)SCHE型設(shè)備組成，與一個(gè)共同的中壓變壓器相連接。電站內(nèi)置數(shù)據(jù)采集器，能對(duì)整個(gè)光伏電站的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)逆變器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。具有遠(yuǎn)程登陸功能。產(chǎn)品的具體型號(hào)有：SC400MV、SC500MV、SC700MV、SC1000MV，08年推出了SC1250MV，是目前SMA公司單臺(tái)逆變器的最大容量。

78電力電子知識(shí)入門4二光伏發(fā)電SMA主要核心技術(shù)

直流電子開關(guān)ESS電氣設(shè)備的運(yùn)行過程中，必須有能與電源斷開的開關(guān)。逆變器同樣如此。逆變器是一端連接交流電網(wǎng)，一端連接直流電源的裝置。為了避免出現(xiàn)電弧情況下可能有的危險(xiǎn)，在斷開設(shè)備時(shí)必須遵守一定的順序：即先將逆變器從交流電網(wǎng)斷開，然后將逆變器與光伏組件斷開。雖然大家都了解這種斷開程序，但偶爾還會(huì)有不正確的操作發(fā)生。因此，在光伏組件和逆變器之間需要有額外的斷開設(shè)備，即直流斷路器。這在德國已經(jīng)成為光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)，并在DINVDE0100-712標(biāo)準(zhǔn)中有所規(guī)定。如果使用外部斷路器，會(huì)增加投資和安裝成本；如果在逆變器內(nèi)部安裝負(fù)載繼電器，需要不間斷的進(jìn)行功率控制，電量損耗很大，由此會(huì)降低整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的效率。針對(duì)以上問題，SMA公司發(fā)出一款容易操作，能夠進(jìn)行可靠的自動(dòng)斷電且對(duì)光伏系統(tǒng)的效率不會(huì)產(chǎn)生影響的直流斷路設(shè)備ESS。ESS采用一個(gè)手動(dòng)操作裝置，能夠遮蓋光伏組件正負(fù)極的所有連接，因此對(duì)運(yùn)行負(fù)載的安全形成更大的保護(hù)。如果要斷開逆變器與光伏組件的連接，必須首先將ESS得持柄全部斷開拉出來。與此同時(shí)，因?yàn)槌直囊瞥瑑?nèi)部安裝的跳線會(huì)中斷電流，從而激活電子開關(guān)，安全保護(hù)元件免受電弧的影響。負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電子開關(guān)也會(huì)發(fā)生作用，即使出現(xiàn)故障，或者與光伏電站系統(tǒng)斷開時(shí)使用了錯(cuò)誤的操作流程，也能夠?qū)收显O(shè)備提供最大的保護(hù)。只有在這時(shí)，才能操作直流連接插頭，才能安全斷開所有設(shè)備。ESS的運(yùn)行不會(huì)對(duì)電量造成任何損失，同時(shí)成本很低。79電力電子知識(shí)入門4H5技術(shù)光伏電站系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要因素是最低的能源損耗同時(shí)獲得最高的轉(zhuǎn)換效率。目前逆變器的能量損耗一般約為將從光伏組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換成的交流電總量的4-8%。這與逆變器的轉(zhuǎn)換效率通常為92-96%相符，提升整個(gè)轉(zhuǎn)換值是一項(xiàng)高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)，僅僅優(yōu)化設(shè)備性能是無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。H橋承擔(dān)了逆變器的基本功能。一臺(tái)逆變器通常有四個(gè)電氣開關(guān)，用以調(diào)節(jié)輸入和輸出之間的電流。起初，在逆變器的輸入端，光伏組件產(chǎn)生的直流電都暫時(shí)儲(chǔ)存在電容器中。這樣電流就可以不受電氣開關(guān)的影響，一直以峰值運(yùn)行。由于電氣開關(guān)長期打開或關(guān)閉，電容器不斷地放電，甚至可以說直流電達(dá)到了“抽空”狀態(tài)。所以逆變器就只能在并網(wǎng)和非并網(wǎng)兩種狀態(tài)下變換。在逆變器的輸出端口有電感器，將脈沖式直流電轉(zhuǎn)化成正弦波式交流電，就可以持續(xù)不斷地向地方電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)供電。H5技術(shù)的出現(xiàn)打破了這種模式。因?yàn)榧词笻橋不運(yùn)行的時(shí)候，仍然有電流存在，但卻是向相反的方向流動(dòng)：從逆變器輸出端流向電容器，為了防止并網(wǎng)時(shí)的電流波動(dòng)，減少電流轉(zhuǎn)換過程中的電量損耗，SMA公司開發(fā)了H5技術(shù)：電氣開關(guān)采用一種全新的脈沖率，在原來的四個(gè)電氣開關(guān)的基礎(chǔ)上加入了第五個(gè)開關(guān)，能夠在電流自由流動(dòng)時(shí)防止電流向電容器的流回。這樣也大大減少了原先電流波動(dòng)造成的電量損耗。H5技術(shù)將轉(zhuǎn)換過程的效率損耗降低了一半，達(dá)到2%，逆變器的轉(zhuǎn)換效率可以超過98%。二光伏發(fā)電SMA主要核心技術(shù)

80電力電子知識(shí)入門4二光伏發(fā)電SMA主要核心技術(shù)

SunnyTeamSunnyTeam是SMA研發(fā)的不同于主從結(jié)構(gòu)的一種電站并接方案，并已獲得專利。對(duì)使用多臺(tái)逆變器的系統(tǒng)，在提高發(fā)電量的同時(shí)，也增強(qiáng)了發(fā)電的可靠性。SunnyTeam的優(yōu)勢(shì)在于：只有處于激活狀態(tài)的逆變器承擔(dān)逆變工作，而其他逆變器可以停止運(yùn)行。這大大提高了在日照較弱的低功率輸入狀態(tài)下的系統(tǒng)效率。如果其中一臺(tái)逆變器出現(xiàn)故障，其他逆變器仍然正常工作。下圖為SunnyTeam模式與普通模式下的系統(tǒng)效率對(duì)比圖和SunnyTeam的系統(tǒng)框圖。

SunnyTeam模式與普通模式下的系統(tǒng)效率對(duì)比圖SunnyTeam的系統(tǒng)框圖81電力電子知識(shí)入門482DELTA公司SolarInverterSI1900機(jī)械工業(yè)出版社第4章太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)二光伏發(fā)電其它光伏廠商及產(chǎn)品簡單列舉82電力電子知識(shí)入門483SolarInverterSI3300機(jī)械工業(yè)出版社第4章太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)二光伏發(fā)電83電力電子知識(shí)入門484CentralInverterCI100機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電84電力電子知識(shí)入門485XANTREX公司GTSeriesGridTieSolarInverter機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電85電力電子知識(shí)入門486GTSeriesGridTieSolarInverter參數(shù)機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電86電力電子知識(shí)入門487GT30EInverter機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電87電力電子知識(shí)入門488BPSOLAR公司GCINVERTER機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電88電力電子知識(shí)入門489機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電89電力電子知識(shí)入門490sunways公司SunwaysNT6000,NT5000,NT4000andNT2600SolarInverters機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電90電力電子知識(shí)入門491機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電91電力電子知識(shí)入門492FroniusIG15/20/30Fronius公司機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電92電力電子知識(shí)入門493FroniusIG40/60HV機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電93電力電子知識(shí)入門494FroniusIGCentralInverters機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電94電力電子知識(shí)入門495FroniusIGPlus35機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電95電力電子知識(shí)入門496機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電96電力電子知識(shí)入門497TheMSSeriesPureSineWaveInverter/Charger機(jī)械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電97電力電子知識(shí)入門498機(jī)械工業(yè)出版社三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求大容量儲(chǔ)能方式電池儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀國內(nèi)外鐵鋰電池儲(chǔ)能電站應(yīng)用現(xiàn)狀電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成電池充放電特性儲(chǔ)能變流器（PCS）國內(nèi)外儲(chǔ)能變流器產(chǎn)品98電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能1)負(fù)荷調(diào)平(或削峰)–近年來空調(diào)負(fù)荷增加很快，往往達(dá)一些大城市（如北京、上海）負(fù)荷的30%~40%，而且對(duì)氣溫變化非常敏感（冬季和夏季均有需求）–負(fù)荷峰谷差越來越大–電力系統(tǒng)運(yùn)行人員難以調(diào)度，通常他們利用水力發(fā)電、集中式抽水蓄能或安裝更多的調(diào)峰機(jī)組（如快速啟動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)）來與此適應(yīng)–也可增加常規(guī)煤電的調(diào)峰能力（如華北電網(wǎng)系統(tǒng)），但煤電低出力時(shí)熱效率低下，不停的調(diào)峰會(huì)導(dǎo)致增加故障、廠用電率增加、發(fā)電煤耗上升、檢修期縮短、成本增加等問題電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求99電力電子知識(shí)入門4–電力短缺有時(shí)往往只發(fā)生在夏季的白天，峰荷有時(shí)還可能是很尖和短暫的，如采用電能儲(chǔ)存技術(shù)，則新的發(fā)電廠、輸電線和相應(yīng)的設(shè)備建設(shè)就可能推遲–在日本，有些電力公司，如東京電力公司TEPCO,用鈉硫電池[NASbattery—(Natrium拉丁文)SodiumSulfurBattery]作為電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能手段，安裝在變電站側(cè)或負(fù)荷側(cè)。至2008年，安裝總量已達(dá)215個(gè)系統(tǒng)（302MW),其中約2/3用于負(fù)荷（工廠和大樓）調(diào)平，僅2009年一年新裝90MW，因此，至2009年底的總安裝容量達(dá)392MW。目前的年生產(chǎn)能力已達(dá)到150MW，預(yù)計(jì)2010年可安裝150MW。三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求100電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求101電力電子知識(shí)入門42)提高電能質(zhì)量–越來越多的電子型負(fù)荷，它們對(duì)電壓很敏感的，特別是對(duì)電壓暫降（驟降）【voltagedip(sag)】或?qū)╇姸虝r(shí)的中斷–如果采用一些儲(chǔ)能設(shè)備(如蓄電池、飛輪等），并與無功補(bǔ)償設(shè)備相結(jié)合，供電質(zhì)量就可得到改善。三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求102電力電子知識(shí)入門43)輔助可再生能源發(fā)電以獲得穩(wěn)定的電力輸出–越來越多的可再生能源，如風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電接入電力系統(tǒng)–通常電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率以適應(yīng)負(fù)荷的變化，但如果發(fā)電側(cè)本身是間歇式的、不可調(diào)的，那么運(yùn)行人員該怎么辦呢？---儲(chǔ)能是最好的辦法–在中國，風(fēng)電往往通過110kV以上等級(jí)的高壓輸電線將大容量的風(fēng)電（10MWto100MW)接入電力系統(tǒng)，此時(shí)往往需要大容量的儲(chǔ)能手段–當(dāng)一個(gè)電力系統(tǒng)中的風(fēng)電比例較小時(shí)，通常利用其他常規(guī)的發(fā)電技術(shù)（如煤電）與風(fēng)電變化的輸出相配合。常規(guī)的發(fā)電技術(shù)（如煤電）的熱備用和冷備用也應(yīng)有所增加，但當(dāng)風(fēng)電比例較大時(shí)，僅用常規(guī)手段難以滿足調(diào)節(jié)需求。三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求103電力電子知識(shí)入門4?在德國應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)技術(shù)來協(xié)助運(yùn)行人員的調(diào)度（目前中國也已部分實(shí)現(xiàn)），但預(yù)測(cè)的誤差總歸會(huì)有，預(yù)測(cè)的精度與時(shí)間有關(guān)，通常預(yù)報(bào)時(shí)間越短越精確。在風(fēng)電變化大的情況下，即使預(yù)測(cè)很精確，歸根結(jié)底還是需要具備一定的調(diào)節(jié)和儲(chǔ)能手段三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求104電力電子知識(shí)入門4?預(yù)測(cè)的風(fēng)電往往被處理成負(fù)的負(fù)荷，電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員就根據(jù)新的負(fù)荷曲線來進(jìn)行調(diào)度，風(fēng)力發(fā)電的信用度（credit）較低，只有20%~30%，或低于10%,由此常規(guī)發(fā)電的裝機(jī)容量幾乎與以往相同，只是節(jié)省了一些礦物燃料。?如果應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，則風(fēng)力發(fā)電的信用度就會(huì)大大增加。三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求105電力電子知識(shí)入門44)改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，增加可靠性，作為供電事故備用(蓄電池、飛輪、超導(dǎo)儲(chǔ)能SMES、超級(jí)電容器等聯(lián)合應(yīng)用)分布式電能DistributedEnergy(DE)=分布式發(fā)電DistributedGeneration(DG)+儲(chǔ)能EnergyStorage(ES)。在分布式電能系統(tǒng)中，如果微網(wǎng)與相連之配電網(wǎng)解列而成孤立網(wǎng)的運(yùn)行方式，則微網(wǎng)中儲(chǔ)能是必須的。三電力儲(chǔ)能電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求106電力電子知識(shí)入門4電能存儲(chǔ)方式主要可分為：電化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能電化學(xué)儲(chǔ)能主要有鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等儲(chǔ)能形式；物理儲(chǔ)能方式主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；電磁儲(chǔ)能方式包括超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能和高能密度電容儲(chǔ)能。儲(chǔ)能技術(shù)分類：儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置技術(shù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。三電力儲(chǔ)能大容量儲(chǔ)能方式107電力電子知識(shí)入門4目前，抽水蓄能電站、壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛酸電池和低速飛輪技術(shù)較為成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，其余各種原理和方式的儲(chǔ)能裝置還都處在研究或示范階段。三電力儲(chǔ)能大容量儲(chǔ)能方式108電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀109電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能國內(nèi)外鐵鋰電池儲(chǔ)能電站應(yīng)用現(xiàn)狀110電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成111電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成——電池成組112電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成——BMS113電力電子知識(shí)入門4儲(chǔ)能變流器（PCS）作為電網(wǎng)與儲(chǔ)能裝置之間的接口，是儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要組成部分。它能夠應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)孤島運(yùn)行并在兩者之間進(jìn)行狀態(tài)切換。技術(shù)要求：不同模式充電功能不同模式放電功能孤島檢測(cè)功能低電壓穿越功能有功和無功的控制功能并網(wǎng)和離網(wǎng)的模式切換功能保護(hù)功能人機(jī)界面和通訊功能三電力儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成——PCS114電力電子知識(shí)入門4DC/DC直直變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖不同類型電源接入功能直流微網(wǎng)電網(wǎng)支撐功能對(duì)分布式能源接入電網(wǎng)隔離保護(hù)功能人機(jī)接口和遠(yuǎn)程通訊操作功能技術(shù)要求：多種充電功能不同模式放電功能電壓變換功能保護(hù)功能三電力儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成——PCS115電力電子知識(shí)入門4三電力儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成——監(jiān)控116電力電子知識(shí)入門4充電過程中電氣特性：整個(gè)過程中電壓變化不大開始階段為恒流充電充電電流變小，電壓保持不變電池容量逐漸上升蓄電池充電特性三電力儲(chǔ)能電池充放電特性117電力電子知識(shí)入門4蓄電池充電三階段三電力儲(chǔ)能電池充放電特性118電力電子知識(shí)入門4放電過程中電氣特性：在放電過程中電壓變化不大，可視為電壓源放電電流由外部電路控制電