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發(fā)布日期:2022-10-21 點(diǎn)擊率:48
DQZHAN技術(shù)訊:【黑科技】如何讓電流更干凈?
光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備,主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成符合電網(wǎng)要求的交流電。但實(shí)際上逆變器不僅僅是逆變,而是光伏電站的**管家,逆變器還承擔(dān)著光伏方陣和電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)和保護(hù),對(duì)外界環(huán)境防護(hù)和人機(jī)交互等系統(tǒng)級(jí)功能。
在光伏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB32004-2013中,逆變器有100多個(gè)嚴(yán)格的技術(shù)參數(shù),每一個(gè)參數(shù)合格才能拿到證書。國(guó)家質(zhì)檢總局每一年也會(huì)抽查,對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的保護(hù)連接、接觸電流、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入輸出、轉(zhuǎn)換效率、諧波和波形畸變、功率因數(shù)、直流分量、交流輸出側(cè)過/欠壓保護(hù)等9個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)。
一款全新的逆變器,從開發(fā)到量產(chǎn),要兩年多時(shí)間才能出來,除了過欠電壓保護(hù)等功能外,逆變器還有很多鮮為人知的黑科技,如漏電流控制、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容、諧波抑制,效率控制等等,需要投入大量的人力和物力去研發(fā)和測(cè)試。
本文主要介紹逆變器的本文諧波抑制技術(shù)。
1、什么是諧波?
我們正常用的電都是正弦波交流電,方向和大小都會(huì)產(chǎn)生周期性的變化,我國(guó)的交流電頻率是50Hz,就是每秒種方向變化50次,按照這種頻率變化的波形叫基波,電網(wǎng)是97%以上都是基波,還有一部分就是諧波(harmonicwave),是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量,頻率為基頻2倍的諧波稱為二次諧波;頻率為基頻3倍的諧波稱為三次諧波;頻率為基頻n倍(以>1的整數(shù)倍)的諧波稱為n次諧波。此外還規(guī)定,頻率為基頻的奇數(shù)倍的那些諧波,統(tǒng)稱為奇次諧波;頻率為基頻的偶數(shù)倍的那些諧波,統(tǒng)稱為偶次諧波。
2、光伏逆變器為什么要抑制諧波?
諧波不僅沒有用途,還有十分嚴(yán)重的危害。由于大部分設(shè)備都是包括電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的感性設(shè)備,只能吸收基波,高次的諧波會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量或者振動(dòng),造成電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,并使絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發(fā)生故障或燒毀;在電力傳送過程中,諧波由于頻率高,產(chǎn)生的阻抗大,因此會(huì)多消耗電能,造成電能生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低;諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振,使諧波含量放大,造成電容器等設(shè)備燒毀,或者某些頻段的設(shè)備不能正常工作;諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作,使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部,諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。
3、逆變器如何減少諧波含量
組件發(fā)出來的是直流電,經(jīng)過逆變橋變化之后,大小和方向都發(fā)生了改變,但還不是純正弦波交流電,電流和電壓都不是連續(xù)的,含有大量諧波,要經(jīng)過處理才能變成純正弦波交流電,這個(gè)過程就是濾波。光伏逆變器輸出諧波分為兩部分,一是高次諧波,來源于調(diào)制方式,二是低次諧波,來源于開關(guān)死區(qū)效應(yīng)、器件參數(shù)漂移、采樣誤差、控制參數(shù)不匹配等。
逆變器主要從硬件和軟件兩方面去抑制諧波
硬件上主要是濾波電路,目前逆變器常用的濾波方式有:L,LC,LCL等三種方式。電感是主要特性是電流不能突變,利用這個(gè)特性,可以把逆變橋不連續(xù)的電流為轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的電流;電容的特性是電壓不能突變,利用這個(gè)特性,可以把逆變橋不連續(xù)的電壓為轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的電壓。
L為單電感濾波器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,對(duì)低頻諧波抑制作用明顯,但高頻諧波抑制不夠理想,需要較大的電感或者較高的頻率來降低諧波電流,因此單電感濾波器通常用于小功率離網(wǎng)逆變器;LC為二階濾波,增加了一個(gè)電容,具有較高的濾波能力,一般用于集中式大功率逆變器,后面接隔離變壓器,因?yàn)?后是電容,多臺(tái)并聯(lián)會(huì)引起環(huán)流;LCL為三階濾波,增加一個(gè)電容和一個(gè)電感,抑制高頻諧波能力強(qiáng),濾波器的電感輸出,可以多臺(tái)并聯(lián),通常應(yīng)用于中大功率組串式逆變器,但逆變器控制算法復(fù)雜,容易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。
逆變器軟件上采取的主要方法有:
(1)提高開關(guān)頻率:
逆變器的開關(guān)頻率越高,控制帶寬越寬,對(duì)于寬范圍的電流諧波抑制更充分,為保證穩(wěn)定性,逆變器的控制帶寬通常取開關(guān)頻率的1/10左右。逆變器控制算法中輸出電壓為正弦波,當(dāng)經(jīng)過逆變器調(diào)制輸出PWM波有畸變時(shí),將影響逆變器的輸出諧波與控制效果。提高開關(guān)頻率與輸出PWM電平數(shù)有助于降低PWM波形的畸變率。
(2)并機(jī)諧波抵消能力:
1個(gè)方陣多臺(tái)組串式逆變器距離升壓變壓器距離不一樣,線路阻抗會(huì)有差異。線路阻抗會(huì)等效改變并網(wǎng)LCL濾波器中的電感,不同的濾波器參數(shù)會(huì)改變諧波的相位。當(dāng)多臺(tái)組串式逆變器并聯(lián)工作時(shí),諧波成分將會(huì)由于相位的差異而部分相互低消,降低系統(tǒng)整體的諧波值。
(3)消除諧波的軟件控制技術(shù):
由于逆變器采用高速度的數(shù)字處理器,可以采用很復(fù)雜的算法,如重復(fù)控制的電流控制器算法,原理是任何周期性的信號(hào)都可以分解為直流、基波以及各次諧波之和,因此只要在控制系統(tǒng)的前向通道中在這些頻率處加入無窮大的增益,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些頻率處指令的無靜差跟蹤和擾動(dòng)抑制。
4、逆變器的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)和國(guó)外關(guān)于并網(wǎng)逆變器的標(biāo)準(zhǔn)(鑒衡金太陽標(biāo)準(zhǔn)、IEEE1547、IEC61000-3-12、VDE0126)和并網(wǎng)光伏電站的標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19964-2012、GB14549、GB24337、VDE4105、BDEW)對(duì)逆變器或光伏電站的諧波電流**值進(jìn)行要求。對(duì)于逆變器不同負(fù)載率下的諧波電流,要求**值不大于滿載下的諧波電流**值。中國(guó)金太陽標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了逆變器額定功率運(yùn)行時(shí),注入電網(wǎng)中的諧波電流THDi不超過5%;同時(shí),在30%,50%,70%負(fù)載點(diǎn)處的諧波電流不超過額定功率運(yùn)行時(shí)的值。
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