有關(guān)伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器部分的應(yīng)用拓?fù)洌瑸榱藵M足效率和諧波的要求，目前大多廠家都采用三電平的逆變拓?fù)洹＝裉煳覀兙蛠?lái)聊聊有關(guān)家庭式光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵性的幾個(gè)問(wèn)題：①三電平拓?fù)浜椭悬c(diǎn)電位平衡；②電網(wǎng)的孤島檢測(cè)；③電網(wǎng)不平衡條件下的控制方式；④光伏系統(tǒng)的低電壓穿越。
三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和中點(diǎn)電位平衡
與隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)相比，非隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)由于不含低頻或高頻變壓器，所以體積較小，重量輕，成本低以及轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)，因而在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于光伏陣列面積很大，其對(duì)地的寄生電容也就很大。功率器件的高頻開(kāi)關(guān)導(dǎo)致了高頻共模電壓的產(chǎn)生，從而在光伏電池板寄生電容、逆變器以及電網(wǎng)組成的回路中形成高頻共模電流，我們也稱為漏電流。高頻漏電流不僅會(huì)相應(yīng)地帶來(lái)傳導(dǎo)和輻射干擾，增加進(jìn)網(wǎng)電流地諧波含量和系統(tǒng)損耗，甚至影響設(shè)備和人員地安全。所以，共模的抑制也就成為了非隔離光伏系統(tǒng)不可避免的一個(gè)問(wèn)題。NPC三電平拓?fù)?這里指I型NPC)的逆變器輸入端接光伏陣列時(shí)，光伏陣列輸出端對(duì)地雜散電容上的電壓是恒定的，不存在共模電壓的問(wèn)題，即不存在裝置對(duì)地漏電流，提高了系統(tǒng)的安全性。
但是，二極管鉗位三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在幾個(gè)問(wèn)題，一個(gè)就是中間兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)要多余兩端的開(kāi)關(guān)器件，導(dǎo)致在同一個(gè)橋臂內(nèi)開(kāi)關(guān)器件的損耗不一致。二是中點(diǎn)電壓的波動(dòng)，中點(diǎn)電壓的波動(dòng)不僅會(huì)使輸出波形發(fā)生畸變，嚴(yán)重的話會(huì)損壞開(kāi)關(guān)器件，甚至影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
針對(duì)這些問(wèn)題，其他的拓?fù)洌鏏NPC、T-NPC也得到了廣泛應(yīng)用，ANPC的功率損耗分布可以靈活的調(diào)節(jié)，有利于大功率場(chǎng)合的散熱設(shè)計(jì)，但是控制比較復(fù)雜，器件成本較高；至于選擇怎樣的拓?fù)洌€得看各家的取向和關(guān)注點(diǎn)，不可否認(rèn)的是，兩電平的也還存在著，沒(méi)有唯一確定的拓?fù)洹?/div>
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關(guān)于中點(diǎn)電位不平衡，我們一般將之分為低頻振蕩和電壓偏移兩類。其中當(dāng)三電平逆變器接非線性負(fù)載時(shí)，電流的奇次諧波和接線性負(fù)載時(shí)輸出的負(fù)序電流都會(huì)引起中點(diǎn)電位的低頻振蕩；當(dāng)三電平逆變器接非線性負(fù)載時(shí)，電流的偶次諧波會(huì)引起中點(diǎn)電位的偏移。當(dāng)聯(lián)接在直流母線上的上下電容電壓偏差過(guò)大時(shí)會(huì)造成輸出電流波形畸變率增大，同時(shí)系統(tǒng)的低次諧波含量也會(huì)增大；當(dāng)然，當(dāng)不平衡的現(xiàn)象過(guò)于嚴(yán)重，就有可能造成功率開(kāi)關(guān)器件的失效。
電網(wǎng)的孤島檢測(cè)
目前，關(guān)于孤島的檢測(cè)方法，可以分為逆變器側(cè)和電網(wǎng)側(cè)兩大類。其中，逆變器側(cè)的檢測(cè)方法又分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩類。
被動(dòng)式檢測(cè)通過(guò)對(duì)公共耦合點(diǎn)的 電壓幅值、頻率、相位、諧波含量等進(jìn)行檢測(cè)，看它們是否異常來(lái)判斷是否發(fā)生孤島。該方法的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)電網(wǎng)無(wú)干擾，對(duì)電能質(zhì)量沒(méi)有影響，僅僅是利用已有的檢測(cè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行判斷，無(wú)需增加硬件成本；而且在多逆變器同時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)效果不會(huì)發(fā)生變化。缺點(diǎn)：難以確定閾值，檢測(cè)盲區(qū)較大。主要用于負(fù)載頻率變化不大，且逆變器的輸出功率與本地負(fù)載不匹配的場(chǎng)合。
為了克服被動(dòng)式檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，主動(dòng)式的檢測(cè)方法得到發(fā)展。主動(dòng)式檢測(cè)是指在逆變器運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)控制使其輸出存在周期性擾動(dòng)。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于電網(wǎng)的平衡作用使得逆變器的輸出和電網(wǎng)保持一致，擾動(dòng)量不起作用；當(dāng)電網(wǎng)斷開(kāi)后，這些擾動(dòng)量將會(huì)逐步累計(jì)，直至超過(guò)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指，從而檢測(cè)出電網(wǎng)發(fā)生故障。主動(dòng)移頻法是最常用的主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法，包括主動(dòng)頻率偏移法、Sanda頻率偏移法以及滑模頻率偏移法等主動(dòng)式孤島檢測(cè)法。
電網(wǎng)側(cè)的檢測(cè)法我們也稱之為遠(yuǎn)程檢測(cè)法，采用無(wú)線通信手段來(lái)檢測(cè)斷路器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。通過(guò)安裝在光伏系統(tǒng)側(cè)的接收器接受來(lái)自電網(wǎng)側(cè)發(fā)生的載波信號(hào)，根據(jù)這些信號(hào)的變化來(lái)確定是否發(fā)生孤島；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)發(fā)送孤島狀態(tài)信號(hào)給并網(wǎng)逆變器使其斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接。該方法的優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)準(zhǔn)確可靠，沒(méi)有檢測(cè)盲區(qū)；適合于單臺(tái)和多臺(tái)逆變器的孤島檢測(cè)；其性能和光伏系統(tǒng)的裝置類型無(wú)關(guān)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成干擾。缺點(diǎn)：需要增加設(shè)備，實(shí)現(xiàn)成本較高，操作復(fù)雜。
最終，孤島檢測(cè)的目標(biāo)是：檢測(cè)速度越快越好，在消除檢測(cè)盲區(qū)的基礎(chǔ)上，盡可能減小檢測(cè)方法對(duì)逆變器輸出電能質(zhì)量造成的影響。
電網(wǎng)不平衡條件下的控制方式
分布式發(fā)電系統(tǒng)通常呈現(xiàn)弱電網(wǎng)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓不平衡的情況時(shí)，由于常規(guī)控制方案不能處理負(fù)序分量，這將會(huì)影響到系統(tǒng)內(nèi)并網(wǎng)逆變器的正常工作。為確保系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓不平衡且含諧波時(shí)逆變器仍能繼續(xù)并網(wǎng)工作，必須從優(yōu)化鎖相環(huán)和控制不平衡兩方面入手。
針對(duì)鎖相環(huán)，大多是基于不平衡和帶諧波電壓的檢測(cè)方法，其中最常用的方法是濾波法和陷波法，這兩種都是以消除二次分量為目的。也有些文章提出延遲法，基本原理是采用對(duì)稱分量法和正負(fù)序特性分析方法得到正、負(fù)序分量，但是響應(yīng)速度受到引入的延時(shí)時(shí)間限制。
此外，當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，由于并網(wǎng)逆變器負(fù)序電流和負(fù)序電壓的存在，將使得逆變器直流側(cè)產(chǎn)生二次紋波電流和紋波電壓，嚴(yán)重影響三相逆變器的控制性能。特別是在逆變器需要利用直流母線實(shí)現(xiàn)MPPT時(shí)，這種紋波產(chǎn)生的跟蹤誤差將影響逆變器的發(fā)電效率，為此必須引入不平衡條件下的控制算法。常用的對(duì)稱分量分析法可以根據(jù)瞬時(shí)功率平衡條件求出消除變換器交流側(cè)正序、負(fù)序指令電流信號(hào)，但是其采用的正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換中的負(fù)序指令電流表現(xiàn)為二次正弦量，采用PI調(diào)節(jié)器沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)序電流的無(wú)差跟蹤控制，會(huì)影響到系統(tǒng)的控制性能。
光伏系統(tǒng)的低電壓穿越
光伏系統(tǒng)的低電壓穿越功能是指在光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，光伏逆變器能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率來(lái)支持電網(wǎng)的恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，從而"穿越"這個(gè)低電壓區(qū)域。
低電壓故障會(huì)使傳統(tǒng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)側(cè)電壓突降，交流側(cè)和直流側(cè)存在瞬間功率不匹配，導(dǎo)致直流母線電壓突然增加，同時(shí)交流側(cè)的并網(wǎng)電流也急劇增大。當(dāng)電網(wǎng)跌落程度較深時(shí)，會(huì)造成直流母線電壓超過(guò)額定值，交流電流超過(guò)額定值，一般這種情況就采取停機(jī)保護(hù)了，但嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)器件因過(guò)流而燒毀。如果光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的容量和常規(guī)發(fā)電廠容量相比較小時(shí)，在電網(wǎng)發(fā)生故障后，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可以采用脫網(wǎng)的方式來(lái)保證系統(tǒng)安全；如果兩者容量相比不能忽視時(shí)，在電網(wǎng)發(fā)生故障后，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)大規(guī)模脫網(wǎng)不僅導(dǎo)致系統(tǒng)有功功率大量減少，還會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)的難度，同時(shí)還可能加劇故障，甚至是大規(guī)模停電。
所以，各個(gè)國(guó)家針對(duì)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)都會(huì)指定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，否則不允許并網(wǎng)。比如我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司推出的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》指出：①針對(duì)小型光伏電站應(yīng)將光伏系統(tǒng)當(dāng)作負(fù)載來(lái)看，在電網(wǎng)電壓發(fā)生異常時(shí)應(yīng)盡快切除；②針對(duì)大中型光伏電站應(yīng)將光伏系統(tǒng)當(dāng)作電源來(lái)看，需要具備一定的承受電網(wǎng)頻率和電壓異常的能力，能夠?yàn)楸３蛛娋W(wǎng)穩(wěn)定性提供支持，要具備一定的低電壓穿越能力。
今天的內(nèi)容主要聊了光伏發(fā)電系統(tǒng)里面的幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題，并沒(méi)有展開(kāi)聊具體的細(xì)節(jié)，那個(gè)就太龐大了，下面可能會(huì)具體聊聊三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏逆變器。希望大家能夠喜歡
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