傳感器對光伏并網發電的影響

時間：2015-05-23 00:42:32 來源：中國制造網 點擊量：455

近年來，光伏產業發展迅速,在電力供應中扮演的角色逐漸突顯，越來越多的分布式光伏發電系統接入到配電網中，對傳統的配電網絡提出了新的挑戰，同時也對光伏發電技術有了更高的要求，并網前輸出高質量的電流才能保證光伏電源對配電網的不利影響減到最小。

　　光伏電源對配電網的影響主要包含：升高接人點電壓、引起電壓波動、注入電流諧波和直流分量、直流側接地故障、非正常孤島等。

　　本文主要闡述直流注入量產生的原因、危害以及如何有效抑制。

　　一、直流分量產生的原因

　　直流分量產生的最根本原因是逆變器輸出的高頻SPWM波中含有一定的直流分量。逆變器輸出脈寬調制波中含有直流分量的原因可以歸結為以下幾點：

　　(1)給定正弦信號波中含有直流分量

　　這種情況多發生在模擬控制的逆變器中，正弦波給定信號由模擬器件產生，因為所用元器件特性的差異，給定正弦波信號本身就含有很小的直流分量。采用閉環波形反饋控制，輸出電流波形和給定波形基本一致，從而導致輸出交流電流中也含有一定程度的直流分量。

　　(2)脈沖分配及死區形成電路引起的直流分量

　　控制系統產生的SPWM信號需經過脈沖分配及死區形成電路分相、設置死區，再經驅動電路隔離、放大后驅動開關管。其中元件參數的分散性會引起死區時間不同，即各管每次導通時間中的損失不一致，從而逆變器輸出中包含直流分量。

　　(3)開關管特性不一致

　　即使控制電路產生的脈寬調制波完全對稱，由于主電路中功率開關管特性的差異，如導通時飽和壓降不同以及關斷時存儲時間的不一致等，這些均會造成輸出SPWM波正負的不對稱，從而導致輸出電流中含有直流分量。

　　(4)控制系統反饋通道的零點漂移引起的直流分量

　　1)檢測元件的零點漂移：逆變器引入輸出反饋控制，不可避免要采用各種檢測元件，最常用的是電壓、電流霍爾傳感器。這些傳感器一般都存在零點和溫度漂移，由于這些漂移的存在，使得輸出電流中含有直流分量

　　2)A／D轉換器的零點漂移：在全數字控制的逆變器中,檢測元件檢測到的輸出電流還需經過A／D轉換器把模擬量轉化為數字量，并由處理器按一定的控制規律進行運算。同檢測元件一樣，A／D轉換器也存在零點漂移，同樣會造成輸出交流電流中含有直流分量。

　　二、直流分量的危害

　　直流分量主要對配電網中的變壓器、電流式漏電斷路器、電流型變壓器、計量儀表等造成不利影響。由于這些設備中都有磁芯，直流分量的存在容易造成磁路的飽和，引起電流式漏電斷路器誤動作，變壓器或互感器飽和、發熱、產生諧波和噪音等,導致整個系統的運行故障甚至癱瘓。

　　直流注入量的抑制是光伏并網的關鍵問題之一，IEEEStd.929-2000中規定，光伏系統并網電流中直流分量必須小于系統額定電流的0.5%，美國的規定是不超過每相電流額定值的0.5%，國標GB/Z19964-2005《光伏發電站接入電力系統技術規定》中規定直流分量不應超過其交流額定值的1%，同時《500kW光伏發電并網逆變器技術規范》中要求直流電流不應大于逆變器輸出電流額定值的0.5%.

　　三、直流分量的抑制

　　直流分量的抑制可以通過合理的設計參數匹配來實現，在并網前采用隔離變壓器是抑制直流分量的有效方法。

　　但近十幾年來，由于技術的進步以及成本的壓力，去除隔離變壓器可帶來更高的效率并減少生產成本，不帶隔離變壓器的光伏電源逆變器應用越來越廣泛。

　　對于不帶隔離變壓器的系統，通常會采用脈寬調制(Pulse-widthmod.ulatim，PWM)技術的光伏電源逆變器可以抑制直流分量輸出。

　　選用合理的檢測元件也可以有效減少直流分量。

　　四、直流分量的檢測

　　直流分量的檢測一般選用閉環電流傳感器，閉環電流傳感器具有精度高，線性誤差小受外界干擾小的特點。對于直流分量的檢測與一般的電流檢測不同，疊加在交流信號的的直流分量幅值都很小，對傳感器的要求也會更高。

　　電流傳感器一般都會有零點誤差、溫度漂移線性誤差，這些誤差都會對直流分量造成影響，有些可以通過電路設計及軟件算法，有些則不避免地存在。選擇合適的傳感器，合理地使用傳感器，有效減少電流傳感器對直注分量的影響。

　　下面我們以CASR50-NP為例來分析，這些誤差對直流分量影響的程度，以及如何消除和減小影響。CASR系列是LEM針對光伏應用開發的一款低溫漂、體積小的傳感器,有6A，15A，25A和50A四種規格。

　　線性誤差εl:±0.1%,零點失調值Vout:2.5±0.05,零點溫漂TCVout:±0.7ppm/K,增益溫漂TCV:max±40ppm/K.

　　這些參數在對分布式光伏逆變器并網中對直流分量會有多大影響呢，我們來逐一分析。

　　線性誤差：由于被測的有效電流是交流信號，那么在磁路中的磁滯曲線是一個對稱曲線，在正半周和負半周產生的線性誤差也是對稱的，對于直流分量來說，是可以相互抵消的，所以線性誤差的大小不會影響直流分量的注入量的大小。磁滯曲線見下圖所示。

　　零點漂移值：由于傳感器零點失調值是一固定值，在光伏電源系統中，可以通過軟件修正或去除零點失調值，以消除對直流注入量的影響。

　　溫漂：這個參數隨溫度的變化而變化，無法避免，直接對直流注入量產生影響，在光伏并網系統中必須考慮。

　　由于檢測的信號中含有交流和直流信號民，傳感器的綜合誤差只是影響交流，直流量的通過積分來取得，這些誤差會在正、負半周抵消，綜合上述誤差分析，CASR輸出信號對影響直流注入量的參數主要是溫度漂移誤差。

　　以并網電流為30Arms，用CASR50-NP傳感器檢測并網電流，在85°C條件下的對直流分量有影響的誤差為:

　　總誤差=TCV_OUT+TCG=0.12%+0.24%=0.36%這個誤差遠遠優于0.5%的要求，可以滿足逆變器對直流量測量的要求。

　　結論：根據光伏并網發電系統對直流分量的要求與規定，除采用脈寬調制技術外，在選取相應的電流傳感器時，除了考慮測量精度高、線性誤差小、寬溫度范圍等參數外，溫漂（零點溫度漂移和增益溫度漂移）是特別需要考慮的參數，對于標稱精度相同的傳感器，溫度漂移越小，對直流分量測量的影響越小。所以選用溫漂特性好的傳感器可以有效抑制直流注入量，提高測量效果。