直流分量2

Dyla發表於2024-05-20

直流分量的併網標準
理論上,逆變器只只輸出交流電,而實際上,電流中會夾雜著少量的直流分量,這些直流分量會對電網裝置造成嚴重危害。隨著新能源產業的迅猛發展,世界各國也隨之陸續出臺了諸多的相關技術要求
對於隔離型光伏併網系統中允許最大直流電流額定電流的1%
對於非隔離型光伏併網系統中允許最大直流電流額定電流的1%
直流分量產生的原因和危害
直流分量產生的原因
直流分量產生的根本原因是逆變器輸出的PWM波中夾雜有一定的直流分量,最直接的表現就是電流正弦波零點偏移。光伏併網逆變器輸出交流電中直流分量的來源主要為以下幾個方面。

(1)基準正弦波中含有直流分量
正弦波產生電路一般由放大電路、正反饋網路、選頻網路和穩幅電路四部分組成。由於模擬元器件自身特性存在差異,以及其中運算放大器自身的零點漂移都會令所發正弦波存在一定量的直流分量。採用電流閉環控制,逆變器輸出的電流波形與給定正弦訊號波形基本一致,在器件都是理想的情況下,電流內環可以等效成受控比例放大器,這樣即使基準正弦波中存在很小的直流分量,輸出交流電流中也會形成較大的直流分量。

(2)控制系統中反饋電路中運算放大器的零點漂移引起的直流分量在逆變器控制過程中需要取樣電路對逆變器的電壓、電流進行取樣反饋。首先透過電壓、電流感測器直接檢測逆變器輸出的電壓和電流,再在經過A/D轉換器將取樣的得到模擬量轉換成數字量送到CPU。檢測所用感測器一般為霍爾感測器,霍爾元件會存在非常小的零點漂移,但是由於反饋的係數很小,所以因此所產生的直流分量不可忽略。另外A/D轉換器中的運算放大器也會有零點漂移的現象,同霍爾感測器一樣也會令逆變器輸出交流中存在直流分量。

(3)開關管特性差異引起的直流分量

開關管在某種程度上是存在一定差異的,如導通時飽和壓降的不同,關斷時儲存時間的不一致。這些差異引起開關管導通狀態與預期的不一致,進而可能引起輸出PWM波的正負波形不對稱,導致輸出交流電流中存在直流分量。開關管的驅動訊號不-致也會引起脈寬調製波週期積分不為零,進而產生直流分量。所以,在選擇開關管的時候要儘可能的選擇效能相似的開關管。
(4)脈衝分配和死區形成電路引起的直流分量
如果開關管死區時間不一致,則其導通時間也不一致,損耗也不一致,從而導致逆變器輸出交流電中含有直流分量。

直流分量的危害
直流分量注入電網會對電網裝置造成極大的危害,主要表現為對電力變壓器的嚴重影響。電力變壓器是電力系統中非常重要的裝置,它是否正常執行將直接影響電網電能的傳輸和使用者用電質量。直流分量注入電網會引起直流偏磁,這是影響變壓器執行的根本原因。直流偏磁對變壓的危害第一個方面是導致變壓器磁芯每隔半個週期出現一次嚴重磁飽和,導致勵磁電流嚴重畸變、諧波含量增大、變壓器損耗增加進而引起電壓降低,電力系統不能正常執行。同時變壓器執行在磁飽和狀態,會產生極大的噪聲和振動。第二個方面是引起變壓器嚴重磁飽和,此時將會使正常情況下在鐵心中閉合的磁通部分離丌鐵心,即漏磁通增加,使變壓器金屬結構件中的雜散損耗增加,可能導致其過熱,破壞絕緣,損壞變壓器或降低其使用壽命。

(1)噪聲和振動增大。變壓器的噪聲主要來自鐵心的磁致伸縮,磁致伸縮產生的振動是非正弦的,所以噪聲的頻譜含有多種諧波分量。由於變壓器噪聲頻率發生變化,可能會因某一頻率與變壓器結構部件發生共振,使聲增大。

(2)諧波增大。直流偏磁會引起變壓嚴重磁飽和,此時變壓器的鐵芯工作在飽和區,導致變壓的漏磁通增加並輸出較大諧波。

(3)無功損耗增加。直流偏磁會引起變壓嚴重磁飽和,變壓器功率因數下降無功損耗增加。進而導致電網電壓跌落,嚴重時會令整個電網崩潰。

直流分量的抑制方法
虛擬電容控制策略抑制直流分量
電容具有隔直的作用,若將電容直接串聯在逆變器輸出端即可隔離掉直流分量。但是交流基波電壓流過電容,會在電容上造成極大的損失。若要減小基波在電容上的損耗,需要選擇容量非常大的電容,這就導致整個裝置的體積和重量上升,同時也增加了成本,嚴重的是會降低系統的傳輸效率。

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