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  • 如何控制漏電流危害——光伏逆變器黑科技

    2018-08-15 16:20:55 北極星太陽能光伏網(wǎng)  點擊量: 評論 (0)
    光伏逆變器是光伏系統(tǒng)非常重要的一個設(shè)備,主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成交流電,除此之外,逆變器還承擔(dān)檢測組件、電網(wǎng)、電纜運行狀態(tài),和外界通信交流,系統(tǒng)安全管家等重要功能。

    光伏逆變器是光伏系統(tǒng)非常重要的一個設(shè)備,主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成交流電,除此之外,逆變器還承擔(dān)檢測組件、電網(wǎng)、電纜運行狀態(tài),和外界通信交流,系統(tǒng)安全管家等重要功能。

    在光伏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB32004-2013中,逆變器有100多個嚴(yán)格的技術(shù)參數(shù),每一個參數(shù)合格才能拿到證書。國家質(zhì)檢總局每一年也會抽查,對光伏并網(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個項目進(jìn)行檢驗。一款全新的逆變器,從開發(fā)到量產(chǎn),要兩年多時間才能出來,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、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)和測試。

    本文主要介紹逆變器的漏電流控制技術(shù)

    1、光伏系統(tǒng)為什么會產(chǎn)生漏電流

    光伏系統(tǒng)漏電流,又稱方陣殘余電流,本質(zhì)為共模電流,其產(chǎn)生原因是光伏系統(tǒng)和大地之間存在寄生電容,當(dāng)寄生電容-光伏系統(tǒng)-電網(wǎng)三者之間形成回路時,共模電壓將在寄生電容上產(chǎn)生共模電流。當(dāng)光伏系統(tǒng)中安裝有工頻變壓器時,由于回路中變壓器繞組間寄生電容阻抗相對較大,因此回路中共模電壓產(chǎn)生的共模電流可以得到一定抑制。然而在無變壓器的光伏系統(tǒng)中,回路阻抗相對較小,共模電壓將在光伏系統(tǒng)和大地之間的寄生電容上形成較大的共模電流,即漏電流。

    2、漏電流的危害

    光伏系統(tǒng)中的漏電流,包括直流部分和交流部分,如果接入電網(wǎng),會引起并網(wǎng)電流畸變、電磁干擾等問題,對電網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備運行產(chǎn)生影響;漏電流還可能使逆變器外殼帶電,會對人身安全構(gòu)成威脅。

    3、漏電流的標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法

    根據(jù)NB32004-2013標(biāo)準(zhǔn)第7.10.2條規(guī)定,在逆變器接入交流電網(wǎng),交流斷路器閉合的任何情況下,逆變器都應(yīng)提供漏電流檢測。漏電流檢測應(yīng)能檢測總的(包括直流和交流部分)有效值電流,連續(xù)殘余電流,如果連續(xù)殘余電流超過下面限制,逆變器應(yīng)該在0.3s內(nèi)斷開并發(fā)出故障信號:

    1)對于額定輸出小于或等于30KVA的逆變器,300mA;

    2)對于額定輸出大于30KVA的逆變器,10mA/KVA。

    光伏系統(tǒng)漏電流有兩個特點,一是成份復(fù)雜,有直流部份,也有交流部份;二是電流副值很少,毫安級別,對精度要求極高,需要專用的電流傳感器,能源部的光伏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:對于光伏漏電流的檢測須采用TypeB,也就是交直流漏電流均能測量的電流傳感器。

    漏電流傳感器安裝在逆變器對外地線輸出接口,檢測逆變器輸出地線的電流。

    4、漏電流控制技術(shù)

    目前,漏電流抑制技術(shù)已成為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)研究中的熱點問題,各位高校研究機構(gòu)和廠家都在研究,漏電流的大小取決于光伏PV和大地之間的寄生電容Cpv,和共模電壓變化率,寄生電容其值與外部環(huán)境條件、光伏電池板尺寸結(jié)構(gòu)等因素有關(guān),一般在50~150nF/kW左右,共模電壓變化率則和逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制算法等因素有關(guān)。

    對于傳統(tǒng)單/三相無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)洌材k娏?漏電流)有效抑制的兩個基本條件為:各橋臂電感值選取一致;采用非零矢量合成參考矢量,使得共模電壓保持恒定。

    (1)全H4橋拓?fù)?/strong>

    如何控制漏電流危害——光伏逆變器黑科技

    為了解決全H橋光伏逆變器中漏電流的問題,可以使用雙極性PWM調(diào)制。這種調(diào)制消除了共模電壓對板的高頻成分,從而共模電壓一般只有一次諧波的低頻分量,從而減少漏電流的影響。

    (2)H5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    如何控制漏電流危害——光伏逆變器黑科技

    這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比于全橋只需要增加一個的晶體管,這就是它命名H5的原因。電流續(xù)流期間將光伏電池從電網(wǎng)斷開,以防止面板兩極對地電壓隨開關(guān)頻率波動,從而保持共模電壓幾乎不變。

    (3)HERIC拓?fù)?/strong>

    如何控制漏電流危害——光伏逆變器黑科技

    HERIC交流旁路拓?fù)洌涔ぷ髟砣缦拢赫胫芷趦?nèi),開關(guān)S5始終關(guān)斷而S6始終導(dǎo)通、S1和S4以開關(guān)頻率調(diào)制。當(dāng)S1和S4導(dǎo)通時,和電壓分別為Udc和0,此時共模電壓=Udc/2;當(dāng)S1和S4關(guān)斷時,電流經(jīng)S6、S5反并聯(lián)二極管續(xù)流,和電壓均Udc/2,此時共模電壓=Udc/2。

    (4)H6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    如何控制漏電流危害——光伏逆變器黑科技

    H6直流旁路拓?fù)洌涔ぷ髟砣缦拢赫胫芷趦?nèi),開關(guān)S1和S4始終導(dǎo)通,S5、S6和S2、S3交替導(dǎo)通。當(dāng)S5、S6導(dǎo)通,S2、S3關(guān)斷時,此時共模電壓=Udc/2;當(dāng)S2、S3導(dǎo)通,S5、S6關(guān)斷時,電流續(xù)流路徑有2條:(1)S1、S3反并聯(lián)二極管,(2)S4、S2反并聯(lián)二極管。二極管D7和D8將電壓鉗位至Udc/2,此時共模電壓=Udc/2。負(fù)半周期內(nèi)共模電壓也是Udc/2,因此漏電流可以得到有效抑制。

    (5)H6.5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    如何控制漏電流危害——光伏逆變器黑科技

    H6.5拓?fù)湓贖ERIC的基礎(chǔ)上有所改進(jìn),相比傳統(tǒng)的HERIC少一顆diode,因此效率相對會比HERIC有所提高。在無功交換沒有經(jīng)過母線電容,開關(guān)狀態(tài)時工模電壓為二分之一母線電壓,因此工模電流會很小;同時輸出為三電平,濾波器磁芯體積可以進(jìn)一步減小,進(jìn)一步提升效率;同時中間橫管為boost芯片,在開關(guān)損耗方面有進(jìn)一步優(yōu)化,使得整機效率進(jìn)一步提升。另一方面,現(xiàn)在有模塊封裝,使得芯片的結(jié)溫相抵傳統(tǒng)的單管會有所改善,可以顯著提高產(chǎn)品可靠性。

    除了以上的幾個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外,采用3電平或者5電平等多電平技術(shù),可以降低組件正負(fù)極對地的電壓,也可以減少漏電流。

    5、系統(tǒng)安裝時要注意的事情

    漏電流都是通過逆變器地線的電流來檢測的,因此在安裝時,逆變器的地線要接牢靠,并且不能和逆變器的零線以及組件的安全防雷地線接在一起,否則會影響檢測的精度,造成逆變器判斷錯誤。

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    責(zé)任編輯:蔣桂云

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