有關(guān)伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器部分的應(yīng)用拓撲，為了滿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撲。今天我們就來聊聊有關(guān)家庭式光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵性的幾個問題：①三電平拓撲和中點電位平衡；②電網(wǎng)的孤島檢測；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。
三電平拓撲結(jié)構(gòu)和中點電位平衡
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，因而在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于光伏陣列面積很大，其對地的寄生電容也就很大。功率器件的高頻開關(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。高頻漏電流不僅會相應(yīng)地帶來傳導(dǎo)和輻射干擾，增加進網(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)不可避免的一個問題。NPC三電平拓撲(這里指I型NPC)的逆變器輸入端接光伏陣列時，光伏陣列輸出端對地雜散電容上的電壓是恒定的，不存在共模電壓的問題，即不存在裝置對地漏電流，提高了系統(tǒng)的安全性。
但是，二極管鉗位三電平拓撲結(jié)構(gòu)存在幾個問題，一個就是中間兩個開關(guān)器件的開關(guān)次數(shù)要多余兩端的開關(guān)器件，導(dǎo)致在同一個橋臂內(nèi)開關(guān)器件的損耗不一致。二是中點電壓的波動，中點電壓的波動不僅會使輸出波形發(fā)生畸變，嚴重的話會損壞開關(guān)器件，甚至影響系統(tǒng)的正常運行。
針對這些問題，其他的拓撲，例如ANPC、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)，有利于大功率場合的散熱設(shè)計，但是控制比較復(fù)雜，器件成本較高；至于選擇怎樣的拓撲，還得看各家的取向和關(guān)注點，不可否認的是，兩電平的也還存在著，沒有唯一確定的拓撲。
關(guān)于中點電位不平衡，我們一般將之分為低頻振蕩和電壓偏移兩類。其中當三電平逆變器接非線性負載時，電流的奇次諧波和接線性負載時輸出的負序電流都會引起中點電位的低頻振蕩；當三電平逆變器接非線性負載時，電流的偶次諧波會引起中點電位的偏移。當聯(lián)接在直流母線上的上下電容電壓偏差過大時會造成輸出電流波形畸變率增大，同時系統(tǒng)的低次諧波含量也會增大；當然，當不平衡的現(xiàn)象過于嚴重，就有可能造成功率開關(guān)器件的失效。
電網(wǎng)的孤島檢測
目前，關(guān)于孤島的檢測方法，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)的檢測方法又分為被動式和主動式兩類。
被動式檢測通過對公共耦合點的 電壓幅值、頻率、相位、諧波含量等進行檢測，看它們是否異常來判斷是否發(fā)生孤島。該方法的優(yōu)點：對電網(wǎng)無干擾，對電能質(zhì)量沒有影響，僅僅是利用已有的檢測參數(shù)來進行判斷，無需增加硬件成本；而且在多逆變器同時并網(wǎng)運行時，檢測效果不會發(fā)生變化。缺點：難以確定閾值，檢測盲區(qū)較大。主要用于負載頻率變化不大，且逆變器的輸出功率與本地負載不匹配的場合。
為了克服被動式檢測方法的缺點，主動式的檢測方法得到發(fā)展。主動式檢測是指在逆變器運行過程中，通過控制使其輸出存在周期性擾動。當電網(wǎng)正常運行時，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，擾動量不起作用；當電網(wǎng)斷開后，這些擾動量將會逐步累計，直至超過并網(wǎng)標準中規(guī)定的指，從而檢測出電網(wǎng)發(fā)生故障。主動移頻法是最常用的主動式孤島檢測方法，包括主動頻率偏移法、Sanda頻率偏移法以及滑模頻率偏移法等主動式孤島檢測法。
電網(wǎng)側(cè)的檢測法我們也稱之為遠程檢測法，采用無線通信手段來檢測斷路器的開關(guān)狀態(tài)。通過安裝在光伏系統(tǒng)側(cè)的接收器接受來自電網(wǎng)側(cè)發(fā)生的載波信號，根據(jù)這些信號的變化來確定是否發(fā)生孤島；當電網(wǎng)斷電時發(fā)送孤島狀態(tài)信號給并網(wǎng)逆變器使其斷開與電網(wǎng)的連接。該方法的優(yōu)點：檢測準確可靠，沒有檢測盲區(qū)；適合于單臺和多臺逆變器的孤島檢測；其性能和光伏系統(tǒng)的裝置類型無關(guān)，不會對電網(wǎng)的正常運行造成干擾。缺點：需要增加設(shè)備，實現(xiàn)成本較高，操作復(fù)雜。
最終，孤島檢測的目標是：檢測速度越快越好，在消除檢測盲區(qū)的基礎(chǔ)上，盡可能減小檢測方法對逆變器輸出電能質(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)，當出現(xiàn)電網(wǎng)電壓不平衡的情況時，由于常規(guī)控制方案不能處理負序分量，這將會影響到系統(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。
針對鎖相環(huán)，大多是基于不平衡和帶諧波電壓的檢測方法，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，基本原理是采用對稱分量法和正負序特性分析方法得到正、負序分量，但是響應(yīng)速度受到引入的延時時間限制。
此外，當電網(wǎng)電壓不平衡時，由于并網(wǎng)逆變器負序電流和負序電壓的存在，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現(xiàn)MPPT時，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。常用的對稱分量分析法可以根據(jù)瞬時功率平衡條件求出消除變換器交流側(cè)正序、負序指令電流信號，但是其采用的正序旋轉(zhuǎn)坐標變換中的負序指令電流表現(xiàn)為二次正弦量，采用PI調(diào)節(jié)器沒有辦法實現(xiàn)對負序電流的無差跟蹤控制，會影響到系統(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)點電壓跌落的時候，光伏逆變器能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率來支持電網(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"這個低電壓區(qū)域。
低電壓故障會使傳統(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，同時交流側(cè)的并網(wǎng)電流也急劇增大。當電網(wǎng)跌落程度較深時，會造成直流母線電壓超過額定值，交流電流超過額定值，一般這種情況就采取停機保護了，但嚴重時會導(dǎo)致功率開關(guān)器件因過流而燒毀。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，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)的方式來保證系統(tǒng)安全；如果兩者容量相比不能忽視時，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，還會增加整個系統(tǒng)恢復(fù)的難度，同時還可能加劇故障，甚至是大規(guī)模停電。
所以，各個國家針對光伏系統(tǒng)并網(wǎng)都會指定相關(guān)的標準，否則不允許并網(wǎng)。比如我國國家電網(wǎng)公司推出的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》指出：①針對小型光伏電站應(yīng)將光伏系統(tǒng)當作負載來看，在電網(wǎng)電壓發(fā)生異常時應(yīng)盡快切除；②針對大中型光伏電站應(yīng)將光伏系統(tǒng)當作電源來看，需要具備一定的承受電網(wǎng)頻率和電壓異常的能力，能夠為保持電網(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)里面的幾個關(guān)鍵性的問題，并沒有展開聊具體的細節(jié)，那個就太龐大了，下面可能會具體聊聊三電平拓撲結(jié)構(gòu)的光伏逆變器。希望大家能夠喜歡
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