傳感器在光伏并網(wǎng)發(fā)電中對直流注入量抑制的影響

引言

近年來，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)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(fā)電系統(tǒng)接入到配電網(wǎng)中，對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡提出了新的挑戰(zhàn)，同時也對光伏發(fā)電技術(shù)有了更高的要求，并網(wǎng)前輸出高質(zhì)量的電流才能保證光伏電源對配電網(wǎng)的不利影響減到最小。

光伏電源對配電網(wǎng)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(cè)接地故障、非正常孤島等。

本文主要闡述直流注入量產(chǎn)生的原因、危害以及如何有效抑制。

一、直流分量產(chǎn)生的原因

直流分量產(chǎn)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(diào)制波中含有直流分量的原因可以歸結(jié)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(fā)生在模擬控制的逆變器中，正弦波給定信號由模擬器件產(chǎn)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(huán)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(qū)形成電路引起的直流分量

控制系統(tǒng)產(chǎn)生的SPWM信號需經(jīng)過脈沖分配及死區(qū)形成電路分相、設置死區(qū)，再經(jīng)驅(qū)動電路隔離、放大后驅(qū)動開關(guān)管。其中元件參數(shù)的分散性會引起死區(qū)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(guān)管特性不一致

即使控制電路產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波完全對稱，由于主電路中功率開關(guān)管特性的差異，如導通時飽和壓降不同以及關(guān)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(tǒng)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(zhuǎn)換器的零點漂移：在全數(shù)字控制的逆變器中,檢測元件檢測到的輸出電流還需經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并由處理器按一定的控制規(guī)律進行運算。同檢測元件一樣，A／D轉(zhuǎn)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(wǎng)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(fā)熱、產(chǎn)生諧波和噪音等,導致整個系統(tǒng)的運行故障甚至癱瘓。

直流注入量的抑制是光伏并網(wǎng)的關(guān)鍵問題之一，IEEEStd.929-2000中規(guī)定，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)電流中直流分量必須小于系統(tǒng)額定電流的0.5%，美國的規(guī)定是不超過每相電流額定值的0.5%，國標GB/Z19964-2005《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定直流分量不應超過其交流額定值的1%，同時《500kW光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)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(shù)匹配來實現(xiàn)，在并網(wǎng)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(shù)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(chǎn)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(tǒng)，通常會采用脈寬調(diào)制(Pulse-widthmod.ulatim，PWM)技術(shù)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(huán)電流傳感器，閉環(huán)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(fā)的一款低溫漂、體積小的傳感器,有6A，15