1、光伏系統的基本控制圖光伏系統的基本控制圖一、簡單光伏系統塊狀圖一、簡單光伏系統塊狀圖包含六個模塊的簡單光伏系統及其控制的電氣結構塊狀圖包含六個模塊的簡單光伏系統及其控制的電氣結構塊狀圖 太陽能組件：是系統的電能轉換器，把太陽能轉換成直流電。電池板連接在控制器的正極和負極末端，連接的極性要完全正確。太陽能陣列單點接地。 直流接口部件：一個末端板（TB3）、一個直流斷開開關和一個直流接觸器。斷開開關是一個手動開關，接觸器由磁性線圈控制。直流界面提供一種使太陽能陣列的所有直流電和主控制器斷開的方法。這種斷開能使系統需要維修的部分進行斷開和鎖定。 主逆變器部件：包括把直流電轉換成交流電的逆變器電路。

2、直流電輸入逆變器時是沒有任何頻率的直流電，電壓大小是隨著光照的多少而發生變化的，其變化介于光伏陣列可產生的最小電壓和最大電壓之間。逆變器輸出的交流電壓的大小是和逆變器輸入的直流電壓的大小相匹配的。 調制解調器用來向數據中心發送被轉換的能量的數據，包含時間信息和光伏組件產生的電能多少的信息，可以表征故障及其他情況，從而可以判斷系統的工作狀況。 變壓器部件：變壓器部件使用交流電，并把它提高到380V的工業用三相交流電，也可以在中性點提供220V的交流線路給居民用戶。 圖中：變壓器采用三相Y型連接，一次側和二次側可以隔離開。該控制器中的二次側電壓可以使208V或480V，額定功率是100VA，所以在

3、480V時可以處理200A的電流。 交流界面部件： 有交流斷開開關，這個開關是一個中心開關和EMI（電磁干擾）濾波器。EMI濾波器可以限制電路中的電子器件或其它組件產生的諧波注入電網。 交流接觸器是一個由繼電線圈控制的大的繼電器。繼電線圈可以從任何電腦控制的設備或PLC（可編程邏輯控制器）接受信號。也就是說，光伏系統可以通過SCADA(監測控制和數據采集)系統進行遠程控制。 斷開開關可以手動打開也可以通過電信號控制。在系統需要維修的任何情況下，交流手動開關都可以轉換到打開位置，當維修工作完成后再合上。 電路斷路器：在過負荷時保護整個系統。如果負荷引起流向系統的電流過大，斷路器就會動作，將三相電

4、路都斷開。 斷路器是三相斷路器，但是只要任一相的電流超過最大允許電流它都會動作。當斷路器動作時，三相電路同時打開。 負荷可能會是整個工廠，所以電能需要可能會超過光伏系統的供給，這會出現過負荷情況并且給系統帶來過大的電流，所以用熔絲或者斷路器來對光伏設備和電路進行保護是非常重要的。二、大型工業光伏系統的配電圖二、大型工業光伏系統的配電圖一個工業太陽能電路各模塊的電氣結構塊狀圖。一個工業太陽能電路各模塊的電氣結構塊狀圖。 大型光伏系統和小型系統的部件相似，不同的是它們會增加電容器、電感器和一些其它需要的組件來保護系統，并使系統完全和電網電壓兼容。 上圖是一個商業用太陽能發電系統各個部分的電路拓撲圖

5、。圖上對各個部分做了編號，方便在后面的解釋中清楚地知道是哪部分。 在某些系統中，圖中的所有設備都安裝在一個柜內。而在其他一些系統中，這些設備被分別安裝在屋頂的不同柜體內。r 1號：光伏組件及它們的連接點。 連接點是在接線端子板TB3，并且要注意TB3的末端1是正極而TB3的末端2是負極。如果用到多種光伏電池板陣列，必須保證他們的極性連接正確。 如果是大量的組件連接成陣列，連接點通常做成匯流箱。如圖是直接安裝在屋頂的匯流箱和連接箱，它們安裝在組件下面或者靠近屋頂的太陽能陣列。電器導線管為所有的連接太陽電池組件和匯流箱的連接線提供保護。 2號：光伏斷開附件 有一個手動開關S2，可以斷開光伏組件的電

6、壓；還有一個繼電線圈控制的接觸器K2。 CT4是電流互感器，來顯示系統產生的直流電流的大小。a 太陽能電氣系統隔離開關b 太陽能電功率表（系統儀表）c 兩個小逆變器的開斷(隔離)開關d 太陽能電氣系統電纜分線箱e 太陽能系統連接箱(兩個隔離變壓器)f 兩個小型逆變器 3號：逆變器部分 整流器有一個把直流電轉化成交流電的逆變回路。 逆變器的輸入是光伏陣列產生的直流電，通過逆變器轉化成50Hz的交流電。光伏陣列產生的電壓大小隨光照的變化而變化。 有些系統在光伏陣列附近使用一系列小型逆變器，而有些系統在中心位置使用一個或兩個大型逆變器。 4號：電容和電感 電容和電感過濾交流電。電容過濾直流電壓，電感

7、過濾直流電流。電容也可以用來校正系統的功率因數。 5號：變壓器部分 該100kVA的變壓器提供480V的電壓。它把逆變器的輸出電壓升高到480V。 由于一次繞組和二次繞組沒有聯系，所以也被稱為隔離變壓器。 隔離變壓器用來升高交流電壓 6號：交流接觸器 接觸器的觸點是通過線圈控制的，線圈的電壓可以由與SCADA系統相連的電腦或者PLC控制器提供。接觸器使與負荷相連的輸出電路和逆變器之間完全獨立。 7號：EMI濾波器。它過濾掉任何干擾信號和可能會進入交流電壓和電流的諧波。濾波器使得信號干凈，從而計算機以及其他敏感負荷可安全用電。 8號：系統的斷路器和輸出部分。斷路器是三相斷路器，可以在過電流時對任

8、何負荷起到保護作用。斷路器跳開后可以重新整定和使用。如果電壓的一相檢測到過電流，三相電路會同時跳開。孤島抑制電路和其他保護電路孤島抑制電路和其他保護電路 故意進行孤島運行（允許的）；以及非故意的孤島（嚴禁的） 孤島情況通過電力電子電路對以下幾條進行監控： 電壓水平發生突然或非預期的改變 一個或多個電源引起的系統頻率改變 有功輸出的突然增加，超出了系統中小回路可以預測到的典型水平 功率因數或者無功輸出的改變，和現有情況不同。 這些情況中的任何一條都可以表明出現了小型發電機斷開或者負荷的某些部分和電網斷開等故障。如果出現這些情況中的任何一種，太陽能發電系統就需要快速和電網斷開，防止它繼續向電網輸送

9、電能。三、逆變器的基本運行三、逆變器的基本運行 在太陽能發電系統中，逆變器不僅僅是把直流電轉換成交流電，它還被認為時電力控制器。 逆變器產生的交流電是三種特征波形之一，包括：正弦波、準正弦波或者方波。 正弦波逆變器通常比其他類型的要貴一些，通常用來給敏感負載或者大型系統供電。準正弦波和方波換流器相對便宜些，通常用來向照明負荷或者其他對波性要求不高的負荷供電。 另一種討論三種類型逆變器的方法是通過它們所用的電路，例如：可變電壓輸入（VVI）；脈寬調制（PMI）；電源型輸入（CSI）。 如今，很多工廠和工業都使用太陽能，要求太陽能發電系統發出的電具有特定的電壓和頻率。 單相逆變器：主要組件是4個晶

10、閘管和4個晶體管。這種電路通常叫做直流連接逆變器，或者被簡單的稱為逆變器。輸出為交流方波。 晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又被稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；是一種開關元件。 1957年美國通用電氣公司開發出世界上第一款晶閘管產品，并于1958年將其商業化。 晶閘管是PNPN四層半導體結構，它有三個極：陽極，陰極和控制極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。 晶體管（transistor）是一種固體半導體器件，具有檢波、整流、放大、開關、穩壓、信號調制等

11、多種功能。 晶體管作為一種可變電流開關，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機械開關（如Relay、switch）不同，晶體管利用電訊號來控制自身的開合，而且開關速度可以非常快，實驗室中的切換速度可達100GHz以上。 使用晶體管的六脈動逆變器 用4個晶體管來代替4個晶閘管的逆變器的電路圖 波形圖更像傳統的交流正弦波 完成正弦波的正半周和負半周需要6個脈動，因此這種類型的逆變器被稱為六脈動逆變器。逆變器的交流輸出電壓兩極被標為和。 雖然輸出的交流正弦波有個階段，但是對于電動機及其他負荷來說和傳統的平滑交流正弦波沒有差別。 和的交流電壓可在到直流電壓的最大值之間改變。 三相逆變器 三相逆變器的效

12、率更高，基本電路和基本原理與單相晶體管逆變器類似。 由于每個正弦周期中晶體管必須按照六脈動進行，所以它們的時序必須完全正確，而且必須和其他兩相的晶體管對同步，以保證三相相序正確。 可變電壓逆變器 通常是六脈動的單相或三相逆變器。 當逆變器的負荷是交流頻率可變電動機的驅動或焊接電路時，要求它的電壓大小可調節。電動機需要調整頻率來提高或降低他們相對于額定值的轉速，額定值由生產時電動機具有的極對數來決定。驅動時當頻率校正后，電壓也應校正為常數，以保證電動機獲得的電壓與頻率比值是恒定的，從而保證力矩是一定得。當電動機力矩松散式轉速非常低，運行就會出現問題。 最初使用震蕩器來控制偏置電路，所以這些電路只

13、能提供限定的電壓和限定的頻率變化。 隨著微處理器價格降低和應用逐步廣泛，通過微處理器來控制晶體管逆變器的偏置電路的應用更加廣泛，使六脈動逆變器具有更大范圍內調節電壓和頻率的能力。 脈寬調制逆變器另一種對逆變器進行電壓調節和頻率調節控制的方法是使用脈寬調制控制。這種控制利用的是晶體管不同頻率的開通和關斷。它提供特定的波形控制得到在特定時間開通和關斷的多樣方波周期，來產生交流正弦波的整體形狀。波形的整體形狀看起來和六脈動逆變器信號很相似，它實際上是由多種方波脈沖疊加而成的，這些方波脈沖是由晶體管快速開斷形成的。由于晶體管的偏置可以控制，所以每個方波脈沖的電壓大小可以調節以使得整個方波系列形成正弦波

14、的形狀。也可以調節每個方波脈沖的寬度以改變形成的交流正弦波的脈沖的周期。早期的脈寬調制電路使用晶閘管，現代電路更傾向于使用晶體管，因為它們具有更強的耐大電流的能力，可以高達聯系：諧波概念中講到的傅里葉級數的原理。 電流源型逆變器 可以調整逆變器的輸出電壓和頻率 在用于可變頻率電動機驅動和其他要求電壓和頻率可變的應用場合時，可以使用這種逆變器。 直流直流變換（逆變器和斬波器） 出現在某些太陽能設備更為復雜的控制系統中。 某些系統中，可能需要將直流電壓轉換成另一種大小的直流電壓，完成這種轉換的一種方法是利用斬波電路。斬波電路原本是把固定的電壓變為可變的電壓以控制直流電動機的速度。在工業中，由于直流

15、電壓不可直接獲得，因此需要依賴整流電路把交流電變為直流電。 但是，在光伏系統中，整流電路的輸入是直流電壓，因此，被歸類為直流直流逆變器。雖然這些電路中不包括交流直流整流，但當這些電路出現問題時，也必須檢查整流電路以保證直流電的可靠供給。四、直流直流逆變器四、直流直流逆變器 直流直流逆變器在電能供應電路中有廣泛的應用。 在這些電路中，直流電通過逆變器轉換成交流電，交流電再被轉換成直流電，用以給設備進行供電。 完成這種變化的過程看似有點奇怪，這是因為在大型供電系統中，如果電流型式是交流電，那么更容易改變電壓和電流的水平。 現在，舊的斬波電路別改為具有更新型電路的供電技術，它們被統稱為換流器（）。現

16、在通常會在開關模式供電（）中看到換流電路。、線性供電、線性供電 操作簡單，效率低（通常范圍） 負荷兩端的電壓隨時隨著調節器（穩壓器）電阻的改變而改變。 線性供電易于生產和故障排除。但效率低，體積大。、開關模式供電（）、開關模式供電（） 效率（可達到）比線性模式高，并且不需要大型的變壓器和濾波設備，因此應用更加廣泛。、換流器、換流器 是一種直流直流降壓換流器，它是開關模式供電的一部分，使用晶體管、電容器、電感和二極管來將電壓調節到供給電壓水平以下。 優點是它比使用電阻來產生壓降的供電方式效率高。換流器中，電壓調節是通過電路中的電容和電感充電放電完成的。由于很少的熱能損失，其換流效率可以達到 輸出電壓低于輸入電壓。、穩壓器 是開關模式供電的基本調節電路的第二種。 晶體管被移動到電感后面，并且直接和輸出的正負極相連。續流二極管串聯在電路中。電容器仍然和輸出電壓兩端并聯來提供濾波。 和換流器一樣，它也是直接和電力變壓器的二次繞組直接相連的。 輸出電壓高于輸入電壓。、穩壓器 它利用了這兩種穩壓器的優點。 輸出電壓可以高于也可以低于輸入電壓。 應用越來越廣泛。、正激換流器 是一個帶有變壓器并且在晶體管開通時，能直接向輸出端傳送電能的換流器。 晶體管并聯在變壓器的一次側。晶體管導通時，電壓極性能夠傳遞到輸出端。這意味著輸出是連續的，并且諧波是最小化的