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分析光伏逆变器接入电网与安全问题

2012-06-12 15:02
络遇
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  太阳能电池板采用的逆变器通过变压器或者使用直连式无变压器设计接入电网。根据布局情况,前一种方法可在电网接入点使用工频变压器,或者使用高频变压器作为逆变器电路内部的隔离点。基于低频变压器的电路提供内在的保护,能够防止直流电注入交流电网,但变压器本身的损耗会造成效率损失。由于IGBT交换不够精确等原因,逆变器的交流输出可能有直流成分;逆变器控制回路中采用的电流传感器的直流偏移本身显示为输出电路的直流成分,因此偏移应当尽量减小。电网可接受的直流供电受到非常严格的限制;设计人员面临的问题不仅是这些限制在各国存在差异,而且有的以额定电流百分比表示(如0.5%),有的以低至20mA(英国标准)的绝对限值表示。所有情况下,都需要测量很大的交流电流中的很小的直流电流,同时需要有最小的偏移和漂移。

  另一个安全问题是对地漏电。无变压器的配置下,任何情况下太阳能电池板漏电容或人体阻抗都有接地通路。需要采用剩余电流装置(RCD)探测不安全的入地电流,或者再次采用适当规格的电流传感器,把RCD功能嵌入逆变器设计。通过这种方法,系统能在标准规定的公认的不同安全水平上(几mA)(交流和直流)启动运行,同时承受太阳能电池装置与附近地面间的电容产生的较强交流接地电流。

  当今的太阳能逆变器布局需要基于电流传感器的紧凑、低成本和可靠的接地电流检测方案。LEM据此特别设计了CT系列传感器。它们是额定范围为100mA、200mA和400mA的不同电流装置,在额定电流下提供5伏的线性输出。在额定电流的80%和90%的条件下,响应时间不超过20毫秒和60毫秒。采用高技术设计(“磁通门”)是关键,要在低偏移或漂移的条件下准确测量很小的直流或交流电流更是如此;可测量直流和最高18千赫的交流电流。CT产品可以安装在PCB上,尺寸小,重量轻,有供相线穿过的通孔。安装在PCB上的CAS/CASR/CKSR电流传感器采用相同的闭环磁通门技术;可对交流和直流电流进行隔离测量,它们涵盖6到50Arms的额定范围,最高测量值为额定值的三倍,同时频率可达到300千赫(+/-3dB)。按照最新的逆变器设计趋势的要求对它们进行了特别设计,改进了以下方面的性能:共模干扰,温度漂移(偏移和增益;根据型号的不同,最大零点温度漂移为7到30ppm/K),响应时间(低于0.3微秒)、绝缘水平、+5伏电源和紧凑尺寸。

  为了与电网同步,需要特别控制逆变器的输出端。逆变器必须输出正弦交流电,因此要尽量减小谐波,同时对电网一侧的电流变化做出快速反应。这里采用的传感器必须有很快的反应时间和低零点漂移。减小温度变化造成的零点漂移也有助于减少对复杂的补偿运算法则的需要。相反,在通过传感器监控MPPT的逆变器的直流输入端,电流的变相应少一些,从而可以采用低成本的开环传感器。

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