逆变系统基本知识

光伏逆变系统基本知识便于维护人员了解逆变系统工作原理、基本功能及故障诊断，提高现场问题诊断及解决效率，对光伏逆变系统知识进行如下梳理。一、对光伏逆变系统了解光伏逆变系统由光伏电池组件、汇流装置、逆变器、变压器、通信监控装置等构成。1、光伏逆变器作为光伏逆变系统核心部件，公司光伏逆变器产品包括表1逆变器机型功率等级额定电压内置直流配电柜备注系统极数50kW内置变压器380V不内置直流配电柜默认变比为380/270单极100kW内置变压器380V不内置直流配电柜默认变比为380/270单极250kW内置变压器380V内置直流配电柜默认变比为380/270单极500kW不内置270V不内置直流配电柜单极内置直流配电电柜单极630kW不内置320V不内置直流配电柜单极内置直流配电柜单极1000kW不内置520V内置直流配电柜默认不带直流柜监控双极注：1、对于内置直流配电柜支路电流进行监控，需从后台进行如下配置：G-01.29直流配电柜监控使能置1G-28.40直流配电柜监控配置字根据实际配置；根据直流配电柜监控配置字配置情况，配置各直流配电柜支路配置：G-42.05直流配电柜1支路配置G-43.05直流配电柜2支路配置2、内置变压器参数在“开机设置”中的“变压器参数”，进行设置；3、1000kW机器默认配置Chopper，其他机型不配置；4、对于非标机器，需根据研发人员要求修改相关参数；2、光伏逆变发电系统（1）传统500kW/630kW逆变发电系统（单极式）直流EMC滤波器交流EMC滤波器直流防雷器接地功率模块LC滤波直流断路器主接触器交流断路器交流防雷器接地交流侧熔断器直流侧熔断器PVArray防反二极管MPPT控制Vbus直流侧电压、电流及功率母线电压Vbus给定Grid图1传统单极式逆变系统（2）传统1MW逆变发电系统（单极）图2传统MW逆变系统简图（3）禾望1MW集散式逆变发电系统（双极式）直流EMC滤波器交流EMC滤波器直流防雷器接地功率模块LC滤波直流断路器1主接触器交流断路器交流防雷器接地交流侧熔断器Vbus直流断路器2Chopper组件控制器控制器控制器控制器PVArrayMPPTDC/DC电网变压器图3禾望1MW集散式逆变系统我司500kW/630kW逆变器采用单极式逆变器，有两台逆变器通过双分裂变压器构成MW逆变系统，此逆变系统仅含有2路MPPT。集散式逆变系统采用双极式（DC/DC和逆变），控制器完成DC/DC升压、MPPT，逆变器恒820VDC运行，其他原理与传统500kW保持一致。集散式逆变系统相对传统逆变系统，增加DC/DC升压，逆变器母线电压不受电池电压限制，防止由于电网异常导致母线电压过高而损坏逆变器，增加Chopper组件进行泄放能量。（4）、组串式方案现在华为在主推组串式方案。组串式方案与集散式方案对比。效率上对比：图4组串式方案和集散方案效率对比稳定性和适应性对比：图5组串式方案和集散方案稳定性理论上对比3、光伏逆变系统组网方案工作站监控服务器通讯服务器以太网35kV站监控35kV站监控以太网交换机光纤收发器主控室单模光纤光纤收发器规约转换及接口装置+以太网交换机单模光纤1#HPSP1000环境检测仪1MW逆变器20MW光伏电站系统通讯图光伏控制器1功率：1000kWpRS485RS485RS485光纤收发器10#HPSP10001MW逆变房（10#）1MW逆变器功率：1000kWpRS485RS4851MW逆变房（1#）单模光纤单模光纤光纤收发器20#HPSP10001MW逆变房（20#）1MW逆变器功率：1000kWpRS485RS485以太网ORRS485单模光纤单模光纤RS485RS485光伏控制器8光伏控制器18光伏控制器1光伏控制器8光伏控制器18光伏控制器1光伏控制器8光伏控制器18以太网ORRS485以太网ORRS485规约转换及接口装置+以太网交换机规约转换及接口装置+以太网交换机图6集散式光伏逆变系统组网框图上图为集散式光伏逆变系统组网框图。逆变器与主控是通过以太网或RS485进行通信。作为逆变器通信协议转化适配器必须进行正确配置，否则无法进行正常通信，具体配置见适配器操作指导说明。逆变器与控制器通信是通过RS485进行通信。上述通信均基于Modbus规约。以太网是基于Modbus规约的TCP/IP协议，RS485是基于RTU规约。Q1、通信调试要准备什么？Q2、逆变器与控制器通信有什么注意？Q3、逆变器与主控通信有什么注意？4、逆变器基本控制策略整个逆变器的控制策略如下图。通过D/Q变化，D轴控制有功，Q轴控制无功。且有功功率通过双闭环控制实现。功率模块dcuaibici3-2变换2s/2r变换gqigdidcrefuPIqrefi-PISVPWMdrefi-PIgg2r/2s变换duqudcu电网电压前馈uuLCaubucu图7逆变器控制基本策略传统逆变器正常运行时，母线电压给定是MPPT输出，是变化的。对于集散式逆变系统中，MPPT功能已前置到控制器执行，逆变器母线电压给定为恒定值。限功率功能是在MPPT功能中实现，由于集散式系统MPPT功能前置于控制器中，故需通过通信将限功率指令下发给各个控制器。无论是传统逆变系统还是集散式逆变系统，无功都是由逆变器完成。4、逆变器运行基本逻辑（1）调试模式运行逻辑（后台控制模式）图8系统调试界面在后台控制模式下，逆变器运行，需经过母线充电、调制运行、加载运行等过程。母线充电：完成交流软起、同步逆变、不控整流。在不控整流阶段，集散式1MW逆变器中Chopper若满足自检条件情况，则执行Chopper自检；调制运行：将母线电压调制到目标电压，并进入相应状态，禁止发功率。加载运行：执行MPPT/恒压法，进入并网发电。对于集散式逆变系统，当进入加载状态，逆变器会对控制器下发运行指令。，状态：待机10ms状态：充电状态：不控整流充电命令存在3000ms充电充电最小时间160ms充电同步同步最小时间500不控整流状态：调制调制状态：调试10ms1001、母线电压大于充电结束电压2、完成锁相和锁幅3、不控整流命令存在4、断开软启接错器1、软启接触器断开2、闭合住接触器250m时，Chopper自检图9逆变器运行时序逻辑注：目标电压：直流侧电压小于Vn（电网额定电压）1.52倍时，目标电压为1.52*Vn；直流侧电压大于Vn（电网额定电压）1.52倍时，目标电压为直流侧电压；相应状态：母线电压进入调制状态后，若直流侧开关闭合，则进入加载状态；母线电压进入调制状态后，若直流侧开关未闭合，保留调制状态；Q1、在各个阶段会出现什么样的问题？Q2、直流侧开关不闭合有什么结果？（2）自动模式运行逻辑（远程/面板控制）自动模式是指在第一次下发开机指令后，逆变器在没有不可自动复位故障情况下根据直流侧电压、直流侧电流及功率自动执行开机、关机，无须人为干预。自动模式在远程控制、面板控制两种模式下执行。在后台模式下，此功能无效。在加载运行后，三种模式可无缝切换，无须关机切换。相应的控制模式下，执行相应的控制指令，如在面板控制模式下，才能够通过面板进行开、关机、复位功能。在自动模式下，点击“开机”，逆变器自动执行开机指令，直至加载运行。图10触摸屏运行控制界面图11后台系统信息逆变器在自动运行模式下，基本动作流程图：处于准备状态的逆变器，一直检测直流侧电压，当直流侧电压满足逆变器启动条件后，图12逆变器自检流程逆变器进行发波逆变，防止反复启机。当真实满足起机条件后，逆变器进入同步逆变、不控整流、调制运行、加载运行。充电（逆变）整流调制准备直流侧电压在启动范围之外PWM发波直流侧允许逆变标志为1直流侧允许逆变标志为0直流侧电压允许启机标志为0直流侧电压允许启机标志为1完成锁幅、锁相闭合主接触器二、逆变器基本功能逻辑1、MPPT功能MPPT功能作为光伏逆变系统的核心算法，无论在传统逆变系统还是在集散式逆变系统中都是存在，只是执行MPPT算法的对象、MPPT的路数不同。在算法原理是相同的。光伏电池的利用率不仅与其内部特性有关，而且还受环境如日照、温度等因素的影响，其输出特性与电池板温度以及光照、强度有很强的关联性，且具有非线性特性。光伏电池需要运行在不同且唯一的最大功率点(MPP--MaximumPowerPoint)上。因此，要求光伏发电系统能够自动寻求光伏电池阵列的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。目前MPPT跟踪任务完成，可能由双轴/多轴自动追日系统完成，也可能是由逆变器完成，或者两者配合完成。MPPT的搜索精度以及动态响应速度直接影响到系统的整体发电量，当光伏电池阵列所受的日照强度、器件结温、外部负载变化时，逆变器通过先进的MPPT算法调整逆变器的工作点，使光伏电池阵列发挥最大的效能，从而输出最大功率。具体实现MPPT跟踪的方法有很多种，比较简单明了的有图1-5所示的P&O扰动观察法。该方法通过改变PV电池的直流电压实现输出功率变化，然后比较不同电压下的输出功率，这样一直搜索最高的功率点。在三相并网逆变器中通过更改直流母线电压的外环电压给定，达到不同电压点输出功率的比较。整流桥软启电阻图13P&O法的搜索示意图Q1：是不是发电量偏少一定就是逆变器MPPT跟踪问题？影响发电量因数有那些？Q2：如何分辨MPPT跟踪效果？Q3：如何设置MPPT?传统逆变系统，MPPT由逆变器执行，具体操作如下：具体操作：G-03.23MPPT使能置1（默认为1）G-03.24MPPT算法选择一般选择默认参数注：集散式逆变系统中，逆变器采用恒压运行，故“MPPT使能”默认为0；2、恒压运行恒压运行是相对与MPPT来说的，母线电压给定是恒定值，不在通过MPPT跟踪来给定。集散式逆变系统是采用恒压运行，恒压820V。传统逆变系统在调试阶段也可以使用恒压运行，具体如下：Q1:如何设置逆变器，使其具有恒压功能？具体操作为：G-03.23MPPT使能置0G-03.40恒压法母线电压给定设置母线运行电压Q2:此功能在现场有什么用？3、LVRT功能“低电压穿越”是指当电网电压跌落时并网逆变器能够正常并网运行一段时间，“穿越”这个低电压时间(区域)直到电网恢复正常。对于大型和中型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较大，对电网的影响较大，根据国网公司对光伏电站接入电网技术规定的要求，逆变器应具备低电压穿越能力。当并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，并网逆变器必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，并网逆变器立即停止向电网线路送电。图14“低压穿越”标准对于小型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较小，对电网的影响较小，在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力。孤岛效应保护和低压穿越是相互矛盾的，这两种功能不能同时存在，需根据实际需求进行选择。低电压穿越的基本流程图如下：正常并网检测电网是否发生电压跌落电网电压是否低于额定电压的20%电网电压在20%~90%之间，进行低电压穿越控制，向电网进行无功补偿电网电压是否恢复至额定电压的90%低电压持续时间是否超过标准规定值欠压保护逆变器停机否是否是否是否电网电压是否恢复否是逆变器重新启动是图15低电压穿越检测流程现场低电压穿越抽检，需要人员需要关注什么？现场抽检时，电网适应性和LVRT同时测试，若电网实际参数异常，就会影响测试。光伏逆变器现场测试可是“真刀真枪”，若测试不过，不但影响产品声誉，还需“真金白银”。需要根据现场实际情况调整：（1）实际电网电压幅值、电压正弦度等；（2）保护参数的设置是否合理；（3）LVRT参数设置是否合理；4、孤岛检测“孤岛效应”是指当电网供电因故障事故或停电线路维修而跳闸时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛发电系统。图16“孤岛效应”示意图“孤岛效应”可能对整个配电系统设备、用户端的设备和相关人员带来如下危害：因不了解系统的状态，会危害输电线路检修人员的生命安全；当电力公