光伏發(fā)電逆變技術(shù)的發(fā)展趨勢及解決方案
逆變器對于孤島效應(yīng)的控制,孤島效應(yīng)的檢測 一般分成被動式與主動式。常常采用主動檢測法如 脈沖電流注入法 、輸出功率變化檢測法、主動頻率 偏移法和滑模頻率偏移法等。隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電系 統(tǒng)進一步的廣泛應(yīng)用,當(dāng)多個逆變器同時并網(wǎng)時, 不同逆變器輸出的變化非常大。將來多逆變器的并 網(wǎng)通信、協(xié)同控制已成為其孤島效應(yīng)檢測與控制發(fā) 展趨勢。2 高壓、大容量逆變器的關(guān)鍵技術(shù)
目前,我國小型、低壓用戶直接并網(wǎng)的光伏逆 變器有了較成熟的產(chǎn)品,對于高壓大功率并網(wǎng)逆變 器的研究正處于研制階段。本文介紹了一種采用高 電壓、MW 級大容量并網(wǎng)的方式,并達到了高壓并 網(wǎng)要求的技術(shù)。
該逆變器采用九電平變基準(zhǔn)疊加 PWM 與矢量 控制相結(jié)合的控制方法來控制 IGBT 開關(guān),通過三 相 IGBT 功率模塊及優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將直流逆 變成完美無諧波的正弦電壓、電流波形,并采用數(shù) 學(xué)模糊集合基礎(chǔ)上的頻率偏移主動式反孤島控制,與電網(wǎng)智能化軟連接并網(wǎng)運行。
2.1 技術(shù)原理
2.2 九電平 IGBT 開關(guān)拓?fù)潆娐?逆變器采用的拓?fù)潆娐肥亲兓鶞?zhǔn)疊加技術(shù)的九 電平完美無諧波開關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娐罚鐖D2 所示。
(1)結(jié)構(gòu)及原理描述
如圖 2 所示,變基準(zhǔn)疊加技術(shù)的九電平完美無 諧波開關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娐?,由三個單相的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓 撲電路組成, U 相開關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娐酚?6 個二極管 D1-D6、D 10 個絕緣柵雙極三極管 IGBT1-IGBT10、電 阻 R1、 R2 和電容 C1、 C2 構(gòu)成。同理,開關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娐返?V 相和 W 相的所有元器件與 U 相的開關(guān) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娐吠耆嗤?/p>
電路中 IGBT1、 IGBT5、 IGBT4、 IGBT8 用作 PWM 控制, IGBT2 、 IGBT3 、 IGBT6 、 IGBT7 用作電平疊 加, 與其相對應(yīng)的 D3、D4、D5、D6 均為箝位二極管。
IGBT 開關(guān)工作原理是:如圖 2 所示,當(dāng) U 相 的開關(guān) IGBT3、 IGBT4 和 IGBT5、 IGBT6 以及 V 相 的 IGBT2、IGBT7、IGBT8 導(dǎo)通時,在 V 相的 IGBT1 上施加 PWM 信號時,就會產(chǎn)生如圖 3 所示的九電 平信號。如圖 2 所示,當(dāng) U 相的 IGBT3、IGBT4 和 IGBT5、 IGBT6 以及 V 相的 IGBT2、 IGBT7 導(dǎo)通時, 在 V 相的 IGBT1 上施加脈沖寬度調(diào)制 PWM) ( 信號 時,就會產(chǎn)生如圖 4 所示的四電平信號。 根據(jù)上述原理,配合不同的開關(guān)狀態(tài),可以產(chǎn)生出 -4E~4E 九個電平信號。在每一個電平臺階上, 可根據(jù)不同脈寬的 PWM 信號,模擬出本段的波形, 從而能夠形成比較完美的正弦波。
(2)與傳統(tǒng)技術(shù)進行比較的優(yōu)勢
本逆變器采用了上述結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)技術(shù)相比,具 有以下幾點優(yōu)勢:
1)利用低電壓、小功率的 IGBT 開關(guān)的組合實 現(xiàn)了大功率高電壓逆變器的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娐贰?/p>
2)逆變器輸出電壓波形為九電平完美無諧波, 其 THD 各項指標(biāo)均滿足 IEEE 要求。
3)電路易于控制,用 PWM 控制去完成系統(tǒng)的 無功功率分布,進而達到使系統(tǒng)功率因數(shù)趨于 1。
4)與傳統(tǒng)的多重化結(jié)構(gòu)比較:若輸出九電平波 形,多重化電路需要 16 個 IGBT 開關(guān)。本逆變器拓 撲電路采用疊加技術(shù),每相只需 10 個 IGBT 開關(guān)。2.3 九電平開關(guān)操作及并網(wǎng)運行主控制器原理
圖 5 為九電平開關(guān)操作及并網(wǎng)運行主控制器原 理框圖,其特點為:通過檢測開關(guān)狀態(tài)提高 IGBT 開關(guān)的可靠性和易操作性,并實時檢測比較九電平 IGBT 開關(guān)輸出端與電網(wǎng)端的電流、電壓、頻率、波 形等相關(guān)信息,完成智能化軟啟動并網(wǎng)運行及反孤島運行的功能。
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