光伏電站設(shè)計技術(shù) 習題及解答 項目5 光伏交流控制設(shè)備習題解答

項目5光伏交流控制設(shè)備習題解答(參考解答)1.簡述離網(wǎng)、并網(wǎng)逆變器的主要特點。解答（總結(jié)參考）：（1）離網(wǎng)逆變器的主要特點獨立運行：離網(wǎng)逆變器不需要外界的電力支持，可以自給自足地運行。清潔能源：離網(wǎng)逆變器通過太陽能系統(tǒng)運作，不產(chǎn)生任何污染物和二氧化碳的排放，實現(xiàn)真正的清潔能源，節(jié)省能源成本。實時監(jiān)測：離網(wǎng)逆變器能夠?qū)崟r監(jiān)測太陽能電池板所發(fā)出的電流、電壓、功率、負載情況等信息，保證運行的準確性。適應(yīng)性強：離網(wǎng)光伏逆變器可以適應(yīng)各種環(huán)境條件下的運行，其輸出電能穩(wěn)定可靠，不受距離和空間的限制。安全可靠：離網(wǎng)光伏逆變器具有過壓保護、短路保護、過流保護等多重安全保護措施，確保運行過程中的安全性。（2）并網(wǎng)逆變器的主要特點：系統(tǒng)的功率高、成本低：并網(wǎng)逆變器的最大特點是將光伏電池輸出都工作在最大功率點處，極大的提高光伏發(fā)電效能，并且減小了“陰影”和“熱斑”問題，各個交流逆變模塊獨立工作，大大提高光伏系統(tǒng)的擴展性和冗余性，實現(xiàn)逆變器并網(wǎng)的“即插即用”的特點。波形失真率低：并網(wǎng)逆變器純正弦波輸出時，波形失真率一般小于5%。穩(wěn)壓精度高：額定負載狀態(tài)下，并網(wǎng)逆變器的輸出精度一般不大于±3%。拓撲結(jié)構(gòu)選擇多樣：并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全性、發(fā)電效率、穩(wěn)定可靠性等具有重要影響。通常分隔離型和非隔離型二種，隔離型又分為工頻隔離和高頻隔離二種，非隔離型又可分為單級并網(wǎng)逆變器和多級型并網(wǎng)逆變器。

2.簡述逆變器的主要技術(shù)參數(shù)特點。(l)額定輸出功率。額定輸出功率表示逆變器向負載或電網(wǎng)供電的能力。備總功率大10%～15%。并網(wǎng)逆變器的額定輸出功率與太陽電池功率之比～般為90%。(2)輸出電壓的調(diào)整性能。輸出電壓的調(diào)整性能表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓度。一般逆變器都給出當直流輸入電壓在允許波動范圍內(nèi)變化時，該逆變器輸出交流電壓波動偏差的百分率，即電壓調(diào)整率。性能好的逆變器的電壓調(diào)整率應(yīng)小于等于3%。(3)整機效率。整機效率表征逆變器自身功率損耗的大小。目前，先進逆變器最大效率大于96.5%，MPPT效率大于99%。(4)啟動性能。所選用的逆變器應(yīng)能保證在額定負荷下可靠啟動。高性能逆變器可以做到連續(xù)多次滿負荷啟動而不損壞功率開關(guān)器件及其他電路。另外，對逆變器還有一些重要的技術(shù)參數(shù)指標，如：(l)輸出電壓的波形失真度：對正弦波逆變器，應(yīng)規(guī)定允許的最大波形失真度（或諧波含量）。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值應(yīng)不超過5%（單相輸出允許10%）。(2)額定輸出頻率：對于包含電機之類的負載，如洗衣機、電冰箱等，由于其電機最佳頻率工作點為50Hz，頻率過高或者過低都會造成設(shè)備發(fā)熱，降低系統(tǒng)運行效率和使用壽命，所以逆變器的輸出頻率應(yīng)是一個相對穩(wěn)定的值，通常為工頻50Hz，正常工作條件下其偏差應(yīng)在±1%以內(nèi)。(3)負載功率因數(shù)：表征逆變器帶感性負載或容性負載的能力。正弦波逆變器的負載功率因數(shù)為0.7-0.9，額定值為0.9。

3.簡述光伏逆變器分類及功能。解答

4.簡述光伏逆變器電路構(gòu)成及工作原理。 解答：在實際應(yīng)用中，除了小功率光伏逆變器主電路采用這種單級的(DC-AC)轉(zhuǎn)換電路外，中、大功率逆變器主電路都采用兩級(DC-DC-AC)或三級(DC-AC-DC-AC)的電路結(jié)構(gòu)形式。一般來說，中、小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件或方陣輸出的直流電壓都不太高，而且功率開關(guān)管的額定耐壓值也都比較低，因此逆變電壓也比較低，要得到220V或者380V的交流電，無論是推挽式還是全橋式的逆變電路，其輸出都必須加工頻升壓變壓器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型光伏逆變器電路都采用高頻開關(guān)技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)實現(xiàn)高功率密度的多級逆變。這種逆變電路的前級升壓電路采用推挽逆變電路結(jié)構(gòu)，但工作頻率都在20kHz以上，升壓變壓器采用高頻磁性材料做鐵芯，因而體積小、重量輕。低電壓直流電經(jīng)過高頻逆變后變成了高頻高壓交流電，又經(jīng)過高頻整流濾波電路后得到高壓直流電（一般均在300V以上），再通過工頻逆變電路實現(xiàn)逆變得到220V或者380V的交流電，整個系統(tǒng)的逆變效率可達到90%以上，目前大多數(shù)正弦波光伏逆變器都是采用這種三級的電路結(jié)構(gòu)，如圖5-7所示。其具體工作過程是：首先將太陽能電池方陣輸出的直流電（如24V、48V、110V、220V等）通過高頻逆變電路逆變?yōu)椴ㄐ螢榉讲ǖ慕涣麟?，逆變頻率一般在幾千赫茲到幾十千赫茲，再通過高頻升壓變壓器整流濾波后變?yōu)楦邏褐绷麟?，然后?jīng)過第三級DC-AC逆變?yōu)樗枰?20V或380V工頻交流電。半導體功率開關(guān)器件在控制電路的作用下以l/l00s的速度開關(guān)，將直流切斷，并將其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形，然后通過電路使矩形的交流波形平滑，得到正弦交流波形。

5.簡述單相推挽式逆變器工作原理。解答：該電路由2只共負極功率開關(guān)VT1、VT2和1個帶有中心抽頭的升壓變壓器組成。若輸出端接阻性負載時，當t1≤t≤t2時，VT1功率管加上柵極驅(qū)動信號U1，VT1導通，VT2截止，變壓器輸出端端輸出正電壓；當t3≤t≤t4時，VT2功率管加上柵極驅(qū)動信號U2時，VT2導通，VT1截止，變壓器輸出端端輸出負電壓。因此變壓輸出電壓Uo為交流方波；若輸出端接感性負載，則變壓器內(nèi)的電流波形連續(xù)。VT1VT1VT2VD2VD1U2UoU1AC輸出+-t1t2t3t4

6.什么是孤島效應(yīng)，單獨運行檢測方式有哪些。解答：在光伏并網(wǎng)發(fā)電過程中，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行，當電力系統(tǒng)由于某種原因發(fā)生異常而停電時，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)不能隨之停止工作或與電力系統(tǒng)脫開，則會向電力輸電線路繼續(xù)供電，這種運行狀態(tài)被形象的稱為“孤島效應(yīng)”。在逆變器電路中，檢測出光伏系統(tǒng)單獨運行狀態(tài)的功能稱為單獨運行檢測。檢測出單獨運行狀態(tài)，并使光伏系統(tǒng)停止運行或與電力系統(tǒng)自動分離的功能就叫單獨運行停止或孤島效應(yīng)防止。單獨運行檢測方式分為被動式檢測和主動式檢測兩種方式。

7.簡述雷電對光伏發(fā)電系統(tǒng)的危害性。解答：雷電對光伏發(fā)電系統(tǒng)的危害性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：直擊雷的危害：直擊雷是指雷電直接擊中光伏發(fā)電系統(tǒng)中的設(shè)備，產(chǎn)生強大的電流和電壓，對設(shè)備造成嚴重的損壞。直擊雷的電壓峰值通?？蛇_幾萬伏甚至更高，電流峰值可達幾十安培，破壞性極強。直擊雷不僅會直接損壞光伏板、逆變器等設(shè)備，還可能引發(fā)火災(zāi)等安全事故。雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)是指雷電產(chǎn)生強大的磁場，導致附近的導體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流和電壓會對光伏發(fā)電系統(tǒng)中的設(shè)備造成損壞，同時可能引發(fā)電擊等安全事故。雷電波侵入的危害：雷電波侵入是指雷電產(chǎn)生的沖擊波沿著電纜等線路侵入到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，導致設(shè)備損壞。雷電波侵入會對光伏發(fā)電系統(tǒng)中的設(shè)備和線路造成損壞，甚至可能引發(fā)火災(zāi)等安全事故。

8.簡述直擊雷的防范措施。解答：從光伏發(fā)電系統(tǒng)角度來看，主要從如下方面：在直擊雷防范措施過程中，一般宜采用抑制型或屏蔽型的直擊雷保護措施，如安裝接閃器，以減小直擊雷擊中的概率。并盡量采用多根均勻布置的引下線。因為多根引下線的分流作用可降低引下線沿線壓降，減少側(cè)擊的危險，并使用引下線泄流產(chǎn)生的磁場強度減小。另外，引下線的均勻布置可使引下線泄流產(chǎn)生的電磁場在建筑物內(nèi)空間內(nèi)部部分抵消，以抑制感應(yīng)雷的產(chǎn)生強度。接地體可采用環(huán)型地網(wǎng)，引下線宜連接在環(huán)型地網(wǎng)的四周，這樣有利于雷電流的散流和內(nèi)部電位的均衡。避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)是直接接受雷擊的，統(tǒng)稱為接閃器。接閃器的金屬桿，稱為避雷針；接閃器的金屬線，稱為避雷線或架空地線；接閃器的金屬帶、金屬網(wǎng)，稱為避雷帶。接閃器的避雷針、避雷線和避雷帶，應(yīng)根據(jù)實際選用。

9.簡述光伏系統(tǒng)接地系統(tǒng)組成及實施方法。解答：光伏發(fā)電系統(tǒng)的接地包括以下幾個方面。防雷接地：為了防止各種雷電所引起的雷電流的損害，避雷針、避雷帶(線)以及低壓避雷器，連接架空線路的電纜金屬外皮必須可靠接地。工作接地：為保證安全，逆變器的中性點、電壓和電流互感器的二次繞組必須接地。保護接地：為防止出現(xiàn)正常情況下不帶電、而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的情況，光伏電池組件機架、控制器外殼、逆變器外殼、配電箱外殼、電纜外皮、穿線金屬管道的外皮必須接地。屏蔽接地：為了防止電磁干擾而對電子設(shè)備所做的金屬屏蔽必須接地。

10.簡述光伏系統(tǒng)感應(yīng)雷和雷電波防范措施。（1）光伏系統(tǒng)感應(yīng)雷防范措施防雷電感應(yīng)主要采用等電位連接。原則上說，從外部進入建筑物的所有導電部件都必須接入等電位連接系統(tǒng)中，所有不帶電的金屬部件直接連接到等電位系統(tǒng)。不帶電的金屬部件分為室外和室內(nèi)兩種情況。處于室外的太陽電池板四周鋁合金框架與支架、接地線等要可靠連接，使光伏方陣形成一個相等的電位，以防光伏方陣遭到雷電感應(yīng)侵襲。處于控制機房內(nèi)的全部金屬物品，包括各種設(shè)備、各個機架、所有金屬管道及電纜的金屬外皮都要可靠接地，每件金屬物品都要單獨接到接地干線，不允許串接后再接到接地干線上。（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)雷電波防范措施在電池陣列的主回路內(nèi)分散安裝避雷元件，在接線箱內(nèi)也安裝避雷元件；保證接線箱與控制柜間距大于10m；在光伏陣列和逆變器之間的每根引入線上加裝防雷器。在控制器、逆變器內(nèi)安裝防雷元器件；在逆變器與配電柜之間