《电子技术应用》

仿正弦波并网逆变器存在的缺陷及相应对策

2011/4/28 0:00:00

在直流电逆变交流的过程中,人们先是制作了“方波”逆变器,接着制作了三角波、梯形波、仿正弦波逆器,而目前我们国家很多光伏企业运用的多是从国外引进(或自己研发)的由单片机控制的SPWM脉宽调制仿正弦波技术,有的企业把这种形式的逆变器称作“纯正弦波”逆变器。但是这种逆变器真的是一种纯正的“正弦波”逆变器吗?

不仅是大家不明白这么多交流逆变器究竟具有什么不同功能,或者在不同的领域运用中有什么缺点和优势,就是我们的大多数技术人员也同样不明白这么多种类的逆变器,究竟为什么要不断升级,一直到了现在到了“纯正弦波”的要求时代了,为什么还不能满足并网的要求,并被有些人指责为技术不符合大规模并网的技术规范呢?更为直接的是,现在大多数光伏并网配套厂家生产的逆变器多数存在正弦波形“毛刺”过多的问题,“毛刺”过多产生的原因及在现实中有非常深刻的现实意义,即使并网逆变器逆变效率达到了97%,但真正对电网和用电设备的贡献率或许达不到80%,这个又是什么原因呢?

笔者从以下几个方面分析,希望技术人员或非技术人员都能够理解“正弦波”的实际意义。并帮助我们的电器配套企业企业走出思维误区。

一,正弦波交流电在现实中的意义:每一个人对正弦波都不陌生,说到正弦波大家很容易想到有规律变化的一组美丽曲线,这正是电网中电流大小和方向不断变化的一组曲线,而这组曲线对应的正是发电机做的“匀速”旋转,这组美丽的正弦波曲线经过电网传递给电动机,同样带来电动机的“匀速”旋转。所以说,正弦波虽然不是“匀速旋转”,但其产生的原因和导致的结果都伴随着机械“匀速旋转”,这从正弦波的函数i=Imsinωt可以看出,代表匀速转动的角度变化量“ω”是一个固定值,即角速度是一个常数,即代表“匀速旋转”,所以说正弦波与“匀速旋转”有着“必然”的联系。可以这么以为:物体在做匀速旋转运动时所受到的转动力或离心力的垂直分量值就是正弦波函数值,所受到的水平分量值就是余弦波函数值。因此也可以说正弦波不仅代表着“物体匀速旋转”这一表象,更代表着受均匀变化的“转动力”或“离心力”的作用,如果把“电”看做是一种“力”(这里区别“电力”一词),那这种电“力”就是方向时刻变化的“转动力”或称“离心力”,这种转动力的存在导致机械的匀速旋转。但如果假设,两台旋转的机器同时转动,但旋转方向相反,或者在同一时刻磁极相反,其“相位差”就是180°,这两台机械转动“并网”或者其发出的电“并”在一起,就会相互抵消作用力,对于机械的转动贡献率就不是1+1=2,而是1-1=0,所以可以说“正弦波”代表的是电动“力”的传播方向,其方向不可忽视,因此对正弦波的某一时间状态同样不可忽视,因为这直接关系到并网的成败。

二,赛龙舟和“同舟共济”的现实比喻。大家经常看到电视上江南5月初5赛龙舟的电视画面,许多人在同一时刻同一步调进行划船,这里边有太多的技巧,并不是一百个大力士尽力就可以取胜,而是更侧重于同伴者的步调是否一致,从技术分析就是看动作相位是否一致,如果有几个步调不同的人,就会对划船速度产生影响,就是说划船者不在于他的力量付出有多大,他付出力量越大,如果和大家的用力方向相反,那不仅没有贡献,反而会有较大的反作用。所以只有步调一致即“动作相位”相同,才会对赛龙舟的结果贡献较大。同样“同舟共济”也不是指两个人坐到了一支船上就能做到“共济”,“同舟”并比一定“共济”,这需要“同舟”者的不断磨合和技术进步。同理,在形形色色的“电力”并网中,不仅要重视逆变器的功率和电能转化效率,还要注重正弦波的波形是否完美,相位是否一致,因为波形代表者“电力”这种“力”的方向,各种状态的“电”加在一起并不是一定起“好”的作用,而可能有时就是在相互抵消电能,只有正确做到正弦波形的完美和相位的一致,才是电力并网所要求的。这正是这个时代我们必须理解得电网“并”网基础知识。

三,目前仿正弦波逆变器存在的实际缺陷:尽管目前有一些进口逆变器和某些逆变器厂家称自己的产品为“纯正弦波”逆变器,但实际上都是由SPWM脉宽调制波形放大而来,在波形检测中都有很多“毛刺”,因此很多技术人员希望通过滤波方式使波形变得“平滑”。甚至为了使波形看上去更像“纯正弦波”,将正弦波波形加粗来表示,但这几种方式对逆变器的逆变效果没有什么实际意义,在现实中相比方波逆变器而言,在电机转动方面有很多进步,但“毛刺”很多的逆变波形客观上表示电机所受到的力并不是均匀变化的“转动力”,而是在转动力的方向上进行上下变化,表现在电机转动上就是转动的同时不断产生“振动”,更多的能量消耗在电机振动之中并对电机寿命产生影响。因此,目前从国外引进的SPWM波形逆变器并不是理想产品,不能盲目引进并对“国外产品”奉若“至尊”。

四,逆变器的改进:实际上,无论方波逆变器还是三角波还是SPWM波逆变器得主体电路中都有一个“波形产生电路”,然后放大电路对这个波形进行放大,所以这个波形产生的是什么样的“波”,放大电路放大以后就是哪一种类型的“波”。波形产生电路犹如一颗种子,你播下去的种子决定了“波形”的外在表现。所以生产厂家应该突破“SPWM波形”为目前“先进电路”的思想影响,确认“适合的”才是最好的,不仅敢于学习外国,更敢于有自己的技术革新,把真正适合我国并网条件和能源结构的“逆变器”设计出来。如果苦于找不到答案,笔者有几套解决方案,可与笔者沟通(联系信箱:fengyian7707@163.com).

五,并网逆变器的要求:并网需要“波形相同、电压相同或略高、频率相同、相位相同”,实际上只要做到波形的变化规律完全同步就是“频率相同和相位相同”。如果做到了电能转化效率达到了97%以上,还要看向电网输出的波形有无杂波和“谐波”。比如“毛刺”过多的正弦波形实际上是向电网输出“谐波”,电网并不能接受,尽管向电网输出了电能,但有一部分会与电网产生内耗,过多的SPWM“毛刺”逆变器并网会导致电网成分的更加复杂和导致原电力企业效益的下降,如同前边介绍的“赛龙舟”道理,必须找到“纯正弦波”的种子,让逆变器真正成为没有“毛刺”既“纯”又“正”的正弦波逆变器,我们的技术工作者就可以在电力能源建设之中做出自己的份内之力。

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