用于独立光伏电站中的LD系列功率调节器

摘要  本文主要介绍了实用于10~50kVA独立光伏电站中的LD系列功率调节器的系统原理、技术特点及其部件动作过程等。
 关键词    独立光伏电站  功率调节器  逆变器
 Series LD Power Regulator Used in Independent PV Power Station  
 Abstract   Describes the principle and technical characteristics and actuating process of Series LD power regulator suitable for actuating process of its parts.
 KeyWords   independent PV power station   power regulator  
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 0 前言    
    随着国民经济的稳步发展、综合国力的不断提高和科技的进步，特别是“西部开发”战略的实施，利用西部地区丰富的太阳能、风能资源解决占国土面积2/3以上的辽阔地区几千万人口的用电问题这一伟大构想已经逐步成为现实。
    我国西部幅员辽阔、地广人稀、负荷密度小，不利于常规电网的延伸。但是日照时间长，日射强度大，为光伏发电提供了得天独厚的优势。通过在人口相对集中的地区建立设备容量100kVA以下的独立光伏电站，解决乡村一级基本生产、办公、生活用电需要是提高用电普及率的有效途径；同时独立光伏电站还可为小型农场、畜牧养殖中心提供电源，有利于提高当地的农牧业机械化、自动化水平。2002年开始的以实现乡乡通电为目标的“光明工程”已经接近尾声，其良好的社会和经济效益日益显现。可以预见：清洁的光伏能源必然会为西部地区的经济发展、社会进步、生态改善和边疆稳定发挥其重要作用。
    独立太阳能光伏电站的电气系统通常由太阳电池方阵、蓄电池组、充电控制器、逆变器、负荷馈出柜以及连接以上部件的导体、导线组成（如图1所示）。在此介绍的LD系列功率调节器就是一种适用于独立型10~50kVA太阳能电站，做为系统充放电控制、直流/交流逆变、系统状态监控、管理及通讯的一体化功率变换设备。
                 
                   图1 独立太阳能电站系统简图
 1 性能介绍  
 1.1 使用条件
    LD系列功率调节器适用于10~50kVA独立型光伏电站。要求安装在无可燃、有害、导电、腐蚀性气体且沙尘较少的室内；环境温度-10~40℃；相对湿度25%~85%（无结露）；标称容量海拔高度 1000m以下（1000m以上地区使用时需要进行容量修正，见附表1，海拔高度每升高1000m输出容量下降5%），最大海拔高度4000m。
 1．2 型号定义
                 
 1.3 技术特点
 1）统集成度高，控制、逆变、监控、保护、通讯功能完备；
 2）率变换效率高，控制—逆变—输出整机效率达92%以上；
 3)动化水平高，实现自动启停、自动计量、自动保护，具备初步的电工知识就能操作设备，特别适合边远地区；
 4）制精度高，采用电压型电压控制方式，纯正弦波输出，电压精度≤±1.5% , 频率精度≤±1.0% , 谐波≤5%；
 5）字化程度高，全数字化监控、输出，配备RS232、RS485通讯接口实现远程监控、操作；
 6）行可靠性高，整机采用单元化设计，逆变器单元实现模块化，主从控制，方便维修、更换，保障系统在逆变器维修过程中也能正常运行；
 1.4 系统原理
    如图2所示，太阳电池组件经串并联形成太阳电池方阵，方阵在阳光照射下产生直流电力，由接线箱汇总后连接到功率调节器上的进线开关MCCBS，蓄电池组连接到开关MCCBB，逆变器输出连接到MCCBL，并经过MCCBL连接到隔离变压器TR。
   
                     图2 独立光伏电站系统原理              
    设备启动前应闭合MCCBS、MCCBB、MCCBL，在按下开关按钮后，MC12首先闭合，然后MC11闭合，MC12开启，蓄电池组接入；当蓄电池组正常接入后，监控系统对各种启动条件进行判断，所有条件满足后，逆变器开始运行；同时监控单元检测蓄电池组电压，从而判断连接太阳电池方阵的MC1是否闭合。
 2 部件功能
 2.1 输入输出单元
    如图3，输入输出单元主要又空气断路器MCCBS、MCCBB、MCCBL，继电器MC1、MC11、MC12，限流电阻R11，噪声滤波器NFL、控制板IPG-664等器件及其连接电路组成，由控制板IPG-664控制实现方阵直流输入、蓄电池充放电管理、逆变器交流输出等动作。其中，MC1、MC11采用电动汽车专用继电器，灭弧能力强适合频繁操作，性能稳定。
 
                   图3输入输出输出单元单线原理图
 1）蓄电池组接入的动作
 MCCBB置于ON，接有防止过充电阻R11的继电器MC12吸合，
 连接蓄电池组的MC11闭合，MC12断开，逆变器与蓄电池的接入完成。
 2）逆变器启动
 当蓄电池正常接入后，对各种启动条件进行判断。所有条件全部满足后，逆变器开始运行（参照逆变器部分）。
 3）充电过程
 当蓄电池组正常接入后，监控单元监视蓄电池组 的电压，并与“充电停止电压”、“充电复归电压”的设定值进行比较（参照逆变器部分），从而决定连接太阳电池输出回路继电器MC1的接入与断开，当MC1闭合太阳电池向蓄电池组充电。当蓄电池电压下降到控制电源停止电压（185V）时，控制电源消失，连接太阳电池组的MC1、蓄电池的MC11、防止过充电阻的MC12全部断开。在太阳电池发电后，控制电源工作、逆变器经过运行条件判断后再次启动，流程如图4所示。
                 
             图4  充电流程图
 2.2 逆变器单元（见图5）
                 
                 图5 逆变器原理单线图
 1)采用了升压变换（BOOST）技术，具有很宽的输入电压范围（图6）。
     
                         图6
 2)内置2个微处理器将有关逆变器控制的各种功能要求实现完全数字化。
 3)采用脉宽调制技术（PWM），实现纯正正弦波输出（图7）。
 
                             图7                
 4)自动开停机，操作简单。
 5)可以5台并联以主从方式运行。
 3 总结  
    LD系列功率调节器具有技术先进、结构紧凑、功能完善、安全可靠、操作简单、实用性强、自动化程度高等特点，在独立光伏电站中有独特的用途，它将会为我国光伏产业的进步和发展做出贡献。
 
 

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