10kW三相光伏逆变器及储能参数设计

项目\型号
PV10K 备注定格出力
10kW 方式主电路方式自励式电压形切换电路方式高频PWM 绝缘方式
无绝缘变压器无变压器方式直流输入额定电压DC300V 最大输入电压DC500V 输入运行电压范围DC200~500V 定格出力范围DC280~450V 最大输出追踪控制范围DC200~450V 交流输出相数·线数三相4线额定电压AC220V 额定频率
50或60Hz 额定输出电流AC15.2A ■体积小重量轻
■投资少■转换效率94%
10KW 30KW 规格
无效电力变动方式注单位20项目
50交流输出电流偏差率总合电流5%以下各次调波3%以下额定输出电流比输出力率
0.95以上额定输出时效率
94%采用JIS C 8961效率测定方法联系保护
过电压(OVR)、不足电压(UVR)、频率上升(OFR)、频率低下(UFR)OVER采外挂式无电压b接点输入方式单独运行检查被动方式电压相位跳动检测主动方式通信方式
RS-485使用
环境环境温度 -10~40℃(~50℃)40~50℃时可采用输出限制的运行方式相对湿度
30~90%(不凝露)高度
海拔2000m以下噪音
50dB以下A特征 正面1m 产生热量
870W 装设场所室内KW 103040宽 M 深 D 高 H 8251125##1125kg 85135185270重量尺
寸
输出容量
mm 5501100600601425335370。

XG3-10KTL光伏并网逆变器前言本说明书向用户提供光伏并网逆变器的产品信息、详细安装使用、故障诊断和排除以及日常维护相关注意事项，不包含光伏系统的全部信息。

为确保能正确安装及使用光伏并网逆变器，发挥其优越性能，对光伏并网逆变器进行搬运、安装、运行、维护之前，请详细阅读使用说明书，并遵循说明书中所有安全注意事项。

本光伏并网逆变器产品的使用必须符合当地并网发电相关法律法规。

请妥善保管本说明书，以备随时查阅。

本公司保留对产品不断改进和对本说明书内容更新的权力，恕不另行通知。

由于产品不断更新所造成的实物与数据偏差，请以实物为准。

目录前言 (i)目录 (ii)1安全注意事项 (1)1.1警告标识 (1)1.2安全指导 (2)1.2.1搬运和安装 (2)1.2.2并网运行 (3)1.2.3维护与检修 (3)1.2.4报废处理 (3)2产品概述 (4)2.1光伏并网发电系统 (4)2.2产品外观 (5)2.3铭牌说明 (6)2.4产品型号 (7)2.5外形尺寸及重量 (8)2.6显示指示灯面板 (9)2.6.1LED灯面板 (9)2.6.2LCD款操作面板 (10)2.7机箱底部 (11)3逆变器存储 (12)4机械安装 (13)4.1拆包装确认 (13)4.2安装前准备 (14)4.2.1安装工具 (14)4.2.2安装环境 (15)4.3空间要求 (15)4.4安装挂板尺寸 (17)4.5墙面安装 (17)4.6安装逆变器 (18)5电气连接 (19)5.1电气连接总览 (19)5.2连接保护地线 (19)5.3光伏组串接入 (20)5.4DRM&CT端子连接 (21)5.5单相逆变器电网接入 (22)5.5.1接线端子电网接入 (22)5.5.2电网电压要求 (23)6运行 (24)6.1运行前检查 (24)6.2逆变器并网运行 (24)6.3逆变器停机 (24)6.4日常维护与检修 (25)6.4.1逆变器定期维护 (25)6.4.2维护指导 (25)7故障排除 (27)8联系方式 (30)9附录 (31)1安全注意事项光伏并网逆变器严格按照国际相关安全标准设计和检测。

3.10kW太阳能并网发电系统设计3.1设计总则（1）太阳能并网发电系统在原有的线路基础上增加，采取尽量不改造原有回路的原则。

因此，将光伏系统的并网点选择在并网点的低压配电柜上。

（2）考虑到并网系统在安装及使用过程中的安全及可靠性，在并网逆变器直流输入加装直流配电接线箱。

（3）并网逆变器采用三相四线制的输出方式。

3.2电池组件及方阵支架的设计3.2.1电池组件选用型号为120（34）P1447x663，主要参数为：输出峰值功率120Wp、峰值电压17V、峰值电流7.05A、开路电压22V、短路电流7.5A。

太阳能电池由18块串联成1路，共5路，需要120Wp规格组件90块方阵总功率为：120x18x5=10800Wp。

太阳能电池方阵的主要技术参数为：（1）工作电压306V，开路电压396V；（2）工作电流35A，短路电流37.5A；（3）转换效率大于14%；（4）工作温度-40℃～90℃。

太阳能电池方阵的主要特点：（1）采用高效率晶体硅太阳电池片，转换效率高：≥14%；（2）使用寿命长：≥25年，衰减小；（3）采用无螺钉紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高；（4）采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；（5）采用密封防水的多功能接线盒。

3.2.2方阵支架及光电场设计太阳能电池支架采用混凝土标桩、槽钢底框、角钢支架（见支架基础图、支架加工图），支架倾角30度。

3.3并网逆变器并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把太阳能电池板转换的电能送入电网。

逆变器自带的显示单元可显示太阳能电池方阵电压、电流，逆变器输出电压、电流、功率，累计发电量、运行状态、异常报警等各项电气参数。

同时具有标准电气通讯接口，可实现远程监控。

具有可靠性高、具有多种并网保护功能（比如孤岛效应等）、多种运行模式、对电网无谐波污染等特点。

根据以上要求选用德国进口LineBack∑10KW并网逆变器。

本逆变器的特征如下：（1）无变压器，实现了小型轻量化。

10kW三相光伏并网逆变器主电路参数设计夏耘;易映萍【摘要】This paper elaborates the system structure and working principle of 10kW three-phase photovol taic grid -connected inverter and designs the main circuit parameters based on the input/output characteris tics of the inverter. In addition, it analyses the output current and grid current of the inverter through FFT in the modeling and simulation of system based on MATLAB/SIMULINK environment. The simulation and experiment results have verified the correctness of design for the main circuit parameters.%以lOkW三相光伏并网逆变器为研究对象，阐述了并网逆变器的系统结构和工作原理，并根据其输入输出特性对逆变器主电路参数进行设计．最后，在MATLAB／SIMuLINK环境下进行了系统的建模与仿真，通过FFT分析了逆变器输出电流和并网电流，仿真和实验验证了主电路参数设计的正确性．【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(022)003【总页数】4页(P9-12)【关键词】并网逆变器;主电路参数;参数设计;光伏;三相;SIMuLINK环境;输入输出特性;MATLAB【作者】夏耘;易映萍【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海,200093【正文语种】中文【中图分类】TM464随着当今经济的快速发展，人们对能源的需求日益增长.然而像煤、石油、天然气等不可再生能源的储量已经十分有限，同时这些能源对环境也产生了严重的污染.太阳能、风能等作为绿色无污染的新能源日益受到人们的青睐.新能源发电并网是必然趋势，而光伏并网逆变器是发电并网系统的关键设备，能将光伏阵列所输出的直流电变换成交流电送入电网.在光伏发电系统中，并网逆变器是发电系统和电网的接口设备，因此，它的控制可靠性将影响整个设备的安全性和稳定性.三相光伏并网系统由以下几个部分组成：逆变器主电路、保护电路、检测电路、控制电路、驱动电路等，而逆变器主电路承担着转换、传递能量的任务，是整个逆变器设计的基础.主电路必须安全、可靠，其各部分参数的设计应该以极限工作条件为依据，并保留充分的裕量，保证所选择的器件工作在安全区域［1］.本文采用了单级式带隔离变压器的拓扑结构，如图1所示.为了提高滤波效果，采用LCL滤波器代替普通L滤波器.工频隔离变压器变比为400∶270，既可以实现电能隔离保证设备和人员安全，又可以降低直流母线并网电压.这种拓扑结构可以减少硬件成本，因此易于实现产品商业化.此种拓扑结构采用双环控制策略，内环为交流电流环，目的为控制电流从直流到交流的逆变，并能到达高品质因数；外环为直流电压环，目的是稳定直流侧母线电压，最大功率跟踪确定的电压值为直流母线电压给定的指令值.由于三相PWM变流器的拓扑结构与逆变器的拓扑结构是完全一致的，为此可以借用PWM变流器的工作模式来分析逆变器的工作方式.通过对交流侧电流的控制可以保证变流器工作在不同的运行状态，从而实现变流器在四象限运行，工作原理的分析如图2所示.图2中：E为交流电网电动势矢量；U为交流侧电压矢量；UL为交流侧电感电压矢量；I为交流侧电流矢量.图2（a）是纯电感特性运行，图2（b）是单位功率因数整流运行，此时电流方向与电网电压方向一致；图2（c）是纯电容运行，图2（d）单位功率逆变器运行，此时电流方向与电网电压方向反向.当变流器作为逆变器运行时，电压矢量U端点在圆轨迹CDA上运动，此时PWM变流器便处在于有源逆变状态；当电压矢量U 在CD 弧段上运行时，PWM变流器向电网传送有功功率及容性无功功率，电能将从PWM变流器直流侧传输至电网；当电压矢量U 在DA弧段运行时，PWM变流器向电网传输有功功率及感性无功功率，同样电能将从PWM变流器直流侧传输至电网；当PWM变流器运行至D点时，便可实现单位功率因数有源逆变控制.为了减小对电网的影响，并达到单位功率因素控制，当逆变器从电网吸收能量时，其运行于整流工作状态，电网电压和电流同相.当逆变器向电网输入电能时，其电网电流和电流反相，这是光伏并网逆变器运行的理想状态，也是光伏并网逆变器控制系统要努力达到的控制目标［2］.该并网逆变器的输入电压范围为400～820V，功率因数不小于99%，额定输出功率为10kW.主电路主要由光伏阵列、直流母线电容、三相逆变桥、LCL滤波器、三相隔离变压器等组成.以下分别讨论IGBT的选型，直流母线电容的确定，以及滤波器电容、电感的设计［3］.IGBT的选取需要考虑三方面的因素：开关速度、额定电压和额定电流.根据10kW 光伏逆变器的技术要求，直流母线电压最高为850V，考虑到关断尖峰可能要达到1.2倍，因此IGBT耐压要超过850＊1.2＝1020V.系统的额定功率为10kW，考虑到1.1倍的过载能力，流过IGBT的最大电流为其中因此流过IGBT峰值电流为结合目前主要的IGBT规格以及供货周期、价格等因素综合选取型号.最后IGBT的型号选定为FF200R12KE3（英飞凌），主要技术参数为：最大电流200A，耐压1200V.直流电容对逆变器的谐波、功率因素、直流母线电压波动等有重要影响，因此直流母线电压和母线电容参数的确定至关重要.直流母线电压既要满足电网电压的要求，还要通过控制使流过LCL滤波器的电流为正弦波.从电源的控制角度来说，直流电压过低不仅会导致逆变出的交流侧电流产生严重畸变，甚至达不到跟随指定电压的目的；直流电压过高一方面会提高元器件的耐压等级，提高了系统硬件成本，同时系统的可靠性因此会降低.一般而言，为达到电压环控制的快速响应，直流母线电容应选取的尽量小；而为达到电压环控制的抗扰性，直流母线电容应选取的尽量大，防止在有负载扰动时直流电压值的动态降落.逆变器输出相电压的有效值为：考虑到电网最大10%的电压波动时：当三相电压不平衡时，由于负序分量的作用，并网逆变器直流母线侧电容上能量将以2ω波动，则：式（5）中：Vm为电网电压峰值，In为电网电流峰值，ω为电网角频率，θ为初始相角.考虑5%直流母线电压纹波，同时直流电压为400V，则电容的值为：根据参数要求、电容厂家、供货周期等，本文选取Nichicon（尼吉康）两个4700μF的电解电容串联的方式，电容型号为LNW2W472MSEH，电容参数为耐压450V，容值为4700μF.随着并网光伏发电技术的发展，大功率并网发电已经成为一种必然趋势.由于容量通常较大，为了降低开关损坏和其他损耗，开关频率一般比较低.在大功率逆变器中一般采用LCL滤波器，LCL滤波器不仅可以减少体积、节约成本，而且具有更好滤除高频谐波的能力.本文采用LCL滤波器，首先根据电感的允许电压降确定电感的上限值，然后依据电路中的纹波电流指标进而确定电感的下限值，根据计算结果综合考虑参数的选取.在SVPWM调制下，直流母线的电压利用率为1，所以此时逆变器交流侧线电压峰值就是Udc，此时可以得到L的上限值：式中L为电网侧和网侧逆变器的总电感；Emp为电网相电压基波有效值和峰值；Udc为直流母线电压；I，Imp为交流侧电流矢量.电路中相电流的最大电流纹波为：由此得到电感的下限：电感值的大小会影响电流性能的好坏，电感值越小电流的跟踪能力和系统的响应就会得到提高，电感的值越大，电抗器滤除高次谐波的能力会更好.为了使系统稳定，根据常规一般选取L1＝2L2.根据上述计算，选定滤波器为L1＝0.12mH，L2＝0.06mH.以下介绍滤波电容的选取，由于滤波器电容的使用，会引起无功功率的增加从而会降低功率因数.为了保证系统的高功率因数输出，选取额定功率的5%作为电容吸收无功功率的上限值，可得出选取电容的标准为C≤5%Cb.综合考虑，本文选取30μF的交流滤波电容.为防止发生滤波器谐振，取10f≤fs≤0.5fsw，根据这个约束条件来核算选取的参数是否合适，fs的计算公式为（11），带入相关参数得fs＝1434Hz，满足设计要求.根据光伏并网逆变器的系统结构，采用MATLAB仿真工具搭建了仿真模型如图3所示.电池板模型的开路电压为620V，短路电流为25A.根据电池板模型的输出特性曲线，电池板在最大输出功率点处的电压为510V，电流为22A.直流母线电容取2350μF，LCL型滤波器中电网侧电感L2取0.6 mH，Cu取30μF，逆变器侧电感L1取1.2mH，开关频率为4.2kHz.在实际电路中，逆变器输出电流通过工频变压器并网，变比为270∶400.在仿真模型中，为简化分析，将电网线电压的峰值设为270V，相当于隔离变压器并网之前的电压［4－5］.并网时A相输出电流和电网电压波形如图4所示，由图可知：交流侧的输出电流接近理想的正弦波，并网逆变器输出电流与电网电压同频同相，将能量回馈到了电网.达到了单位功率因数运行的效果.图5为逆变器输出电流FFT分析，以验证LCL滤波器的滤波效果.从波形分析可以看出，通过双闭环控制，输出谐波THD值含量为4.51%，低于5%的国家标准.在1000～2000Hz频率段，由于LCL滤波器的谐振作用，THD有所增大，但对于2000 Hz以上的高次谐波有很好的抑制效果.仿真结果表明，该光伏并网逆变器主电路设计符合逆变器并网要求，是光伏并网逆变器主电路设计的一种可行方案. 为验证光伏并网逆变器的主电路设计符合逆变器并网要求，进行了并网试验，试验波形如图6所示.图6中CH3为A相电网电压（CH3进行了反相），CH2为A相电网电流，由于前端调压器容量有限，长时间运行时有功指令Id给定－11A，此时并网功率为此时测得并网电流THD＝5.3%，达到了预期目标，成功实现并网.本文通过对10kW光伏并网系统进行了MATLAB建模和仿真，分析了逆变器主电路的工作原理，并推导出主电路元件参数的计算公式.在理论分析和推导计算公式的基础上，结合主电路实际工作的特点，合理的选择了各元件的参数.仿真和实验结果表明，根据计算结果选择元件搭建的主电路工作稳定，符合要求，可作为工程应用的参考.【相关文献】［1］赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究［D］.合肥：合肥工业大学硕士论文，2003.［2］王飞，余世杰，苏建徽，等.光伏并网发电系统的研究及实现［J］.太阳能学报，2006，26（5）：605－608.［3］董密，罗安.光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法［J］.南京：电力系统自动化，2006，30（20）：97－102.［4］张卫平.开关变换器的建模与控制［M］.北京：中国电力出版社，2006：5－56.［5］茆美琴，余世杰，苏建徽.带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型［J］.系统仿真学报，2005，17（5）：1248－1251.。