技 术 与 应 用
大功 率光伏逆 变器升压 变压 器 的设计 与应 用
张计英 ２ 李和 明 ２ 张 栋 李永 刚
，
（．
１华北 电力大 学，河 北 保 定
０ １０ ；
７ ０ ０
０ １５ ）
７ ０ ６
２天威 保 变 电气 股½有 限公 司，河 北 保 定
．
摘要
本 文分 析 了光伏 逆 变器 用 升压 变压器在 实 际运行 中受 并 ½电 ½质 量 的½响 ，并针 对谐
波 电流 的½响 给 出 了损耗增 加 的公 式 ，通 过实 际小容 量 变压 器进 行 了验 证，证 实 了光伏 逆 变器用
升压 变压器 与普通 电力 变压 器 的 区别 。并针 对 变压器 的连 接组别 进行 了分 析 ，确 定合 理 的 Ｙ½ １
．１
连接 组别 。
关键 词 ：光伏 逆 变器 ； 变压 器 ； 电½质 量
Ｔ½ ½½ ½½Ａ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ Ｐ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½
½Ｄ½ ½ ½ ½
½½ ½½ ½Ｈ ½ ½ ½Ｐ½ ½ ½ ½½½Ｉ ½ ½ ½
Ｓ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½ ½— ½ Ｔ½ ½½½ ½ ½
Ｚ½ ½ ½½½½ Ｌ½ ½ ½½２ Ｚ½ ½ ½ ½ Ｌ½ ½½ ½ ½
½ ½Ｊ½ ½
½
２
½ ½
Ｈ
½ ½Ｄ ½ ½
½½ ½ ：
Ｙ
（ ． ½ ½½Ｅ½½½½Ｐ ½½ ½½½½， ½ ½½ ， ½ ½ ７ ０ ；
１Ｎ½½ Ｃ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ Ｂ ½ ½ ½ Ｈ½ ½ ３
½
½
Ｕ½
½
０１
０
２Ｂ ½ ½½ ½½ ½ ½½½ ½½ ½ Ｃ ． ½， ½ ½ ½ Ｈ½ ½ ０ １ ０ ）
．½ ½ ½ ½½ Ｂ ½ ½ Ｅ½½ ½ ½， ½ Ｂ ½ ½ ， ½ ½ ７ ０ ３
½ Ｔ
½
½
Ｌ
½
Ａ ½½½ ½ Ｔ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½½½½ ½ ½ ½ Ｖ Ｉ ½½ ½½ ½½－ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½½½
½ ½½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ Ｐ
½ ½½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½．Ｔ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½½
½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½
½ ½½ ½ ½½½½ ½ ½ ½½ ½½ ½
½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ．½½ ½ Ｓ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ． ½ ½ ½½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½ １½ ½— ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ Ｔ½ ½½ ½ ½½
½
½
½
½½½ ½ ½ ＰＶ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½½½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ．
½ ½
½
½½ ½½ ½½— ½ ½½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ Ｔ½½½ ½½ ½ ½
½
½ ½ ½½ ½ ½
½ ½½½ ½ ½ ½ ½ Ｓ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ １ Ｓ½ ½ ½ ½ ½．
½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½． ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½Ｙ ． ½½ ½ ½½ ½½
½
Ｋ ½ ½ ½ ： ＰＶ ½ ½½ ； ½ ½½½ ½ ½ ； ½½ ½½½½
½½ ½ ½
½ ½½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½½
光 伏新 ½源 发 电正在 世 界范 围 内大 规模 应用 ，
按 其与 电 ½的连 接方 式 ， 以分为离 ½型和 并 ½型。
可
目前绝 大 多数光 伏 电站 ½采 用并 ½模 式 ，即与现 有
供 电½并 联接入 ， 以便最 大 限度 利用 光伏 电站所 发
一
０９ ）
．８ 、直 流分量 （ ． 、电压波 动与 闪变等 ，
＜０５
％）
上述 指标 ½是 在逆变 器额 定功率 下考 核 。 由于 光照
强度 小于 １０ Ｗ／ 、高温 功率损 失 、
０ ０ ½
光伏 组件 匹配
损 失 、灰 尘遮 挡损 失 、直流传 输损 失等 因素 ，一般
出的电½ 。光伏 电站 所用 逆变器 是光 伏 电站 的重 要
核心 部件 之一 ，实现 直流 到交流 的½ 换 ，通 过输 配
电½进 行 传输 、利用 。为 了 降½ 线路 损耗 、提 高系
统安 全等 因素 的考虑 ，需 要在 光伏逆 变器 出 口安装
升 压 变 压 器 ，根 据 电站容 量 的不 同将 电压 升 高 至
光 伏 电站 大多 数时间工 ½在其 额定 峰值功 率 的 ８ ％
０
以下 ，图 ½为安½怀 宁某 光伏 电站应用 的 ½际 品牌
５ ０ Ｗ 逆 变器实 际运行 功率 曲线 图。
０½
光 强 与 月 出 率 ［ 三 ½
照 度 井输 功
½
½
１０
０
１½ 或 ３ ½
０Ｖ
５ Ｖ，降½输送 线路损耗 的 同时系 统 电气
也达 到 了物 理 隔离 。
…
…
½
…
一
…
½
厂 ＼
，½
／ 、
胁
∥
＼
＼
；
６
０
１ 光伏 电站 的 电½质 量
光伏 电站 向电½输送 电½质量 主要 取决 于光伏
并½逆变器 ，
其主要考 核的 电½质 量指标 主要有½ １
½：
并 ½电流 总 畸变率 （ ％） 并½功 率因数 （ ０９ ½
＜５ 、
＋．
８
、
．
．
．
∥
一一 一一 一一，
／
／ … 一 … …
曼
………
… ……
＼
一 一一一 一
＼
蔷
４§
０
０。
≥
０ ０ 晕０芬
《 Ｈ）
冀
图 １ 逆 变 器 输 出功 率 曲线 图
６ 』 技７ ０ 年 １期
６电
½ １ 第２
½ ２
２
技 术 与 应 用
在½ 功率 下逆变 器所 发 出电½质 量会 比额 定功
率下 时要差 。 同厂 商生产 的逆变 器会有 一些 差别 ，
不
½ 总½ 趋势 是一样 的 。 ２为½际 品牌 ５ ０ Ｗ 逆 变
图
０½
统 。系统 电压谐 波主 要是 由上一 级 的供 电系 统 的背
景谐 波 决定 ， 实际 测量 高压 输 电线 路 （ １½
≥１０ Ｖ）
的背景谐 波½ ½够满 足 ½标 ＧＢＴ １５ ９ ９ 中的
／ ４ ４ — ３
要求。
器 的不 同功 率 时并 ½电流 总畸变 率 ，从 图中可 以看
出光伏 电站实 际运 行 时并 ½ 电流 总 畸变 率在 ２
％½
８
％左 右 ，实 际 运 行 的 光 伏 电站 并 ½ 电 ½ 质 量 中 谐 波
电压 谐波 主要 引起 变压器 的铁 心涡 流损耗 的增
加 ，½是 电力 变流变 压器 空½½ 铁心 损耗 相对较 ½ ，
因此 ，不必对 空½½ 损耗测 量值进 行 电压 谐波 校正½。
４
½
工程 上一般 引入安全 系数 ，而 ½略 电压 畸变所 引起
的铁 损耗 的增加 。
的不 合格 最为普 遍 。并 ½功 率 因数 均½保 证在 ０９
．８
左右 ，大 规模 电站均配 ½动 态无功 补偿装 ½ ，因此 ，
系统 的功 率 因数½ 可 以得 到保 证 。另外 ，所配 ½ 的
无 功补 偿装 ½均考 虑一 定的滤 波功 ½ （ 滤 除 ３次 、
如
５次谐波 等 ）
。
½
∞２ ½
－ ½
，
４ 谐 波 电流对 变压器 的½响
谐 波 电流对变 压器 的½ 响主 要表 现为铜 损耗 增
加 、 夹 件 等 附 加 损 耗 增 大 、 噪 声 增 大 、 绝 缘 材 料 的
½
１
性 ½ 降½ ； 油浸式变 压器按 照 Ａ 级 绝缘耐 热 １５
１ ℃
设 计寿½ ２ 年 ，并考虑 实 际运行温 度变 化一 ℃½
０
５
＋ ０ ，即变压器绕 组温 升 ６ ½
４℃
５ ，油面温升 ５ ½
５ 。绝
½
Ｉ Ｉ
缘寿 ½按 照 ６
℃法 则 ，
即温度 每升 高 ６
℃设备 寿½较
图 ２ 并 ½ 电½质 量 曲线 （
实测 Ｃ相数值 ）
少 一年 ，温度 每 降½ ６
℃设 备寿½增 加 一年 。实 际
运行 的 时候冬 季温度 相对 较½ 变压器 的寿½增 加 ，
２ 谐 波 的 危 害
人 们 关 注 谐 波 的 重 要 原 因 之 一 ， 是 因 为 它 给 电
夏季运 行温 度偏 高变 压器 寿½ 减少 ，实 际两者 基本
上 相 互 抵 消 ［。
５
１
½带来 污染 ，½ 响 电½ 的经 济和 可靠 运行 ，对 电器
由谐波 电流 引起 的变压 器各 部件 的损耗 计算 公
设 备产 生不 利½ 响 ，在某种 情况 下甚 至损 坏设 备酿
成 事故 。谐波 的危害 可概括 为 以下 几个方 面＿：
½
½
１ 谐波 ½公用 电½中的元 件产生 了附加 谐波 损
）
耗 ， 降½ 了 发 电 、 传 输 及 用 电 设 备 的 效 率 ； 谐 波 对
式如表 １（ 略 电压 畸变 引起 的铁心 损耗 ）所 示 ，
½
实际应 用 中 由于谐 波 电流 的存在 变压 器实 际运行温
升 会 略高于 设计值 ，因此设 计 时光伏逆 变器 所用 变
压器，
并不 ½将其 按照普 通 的 电力变 压器进 行设计 ，
在投 运初 期需要 加强巡 视观察 。
表 １ 谐 波 电流 引 起 的 变 压 器 损 耗
变流 电力变压器额定负荷下谐波分量引起 的损耗
电机 、变 压器 的½ 响 除引起 附加损 耗外 ，还会 产 生
机械 振动 、噪声和 过 电压 ，½ 局部严 重过热 。
２ 三 相 四线系统 中 ，½大量 ３次谐 波流 过 中性
）
线 时会½ 线路过热 ，严重 时甚 至发 生火 灾 。
，
３ 谐 波会 引起公 用 电½ 中局 部并联 谐振或 串联
）
谐振 ，从而 ½谐波 电流放 大 ，严 重 时会 引起事 故 。
４ 谐 波还会 ½ 响对 电½质量敏 感 的负½½或 电子
）
线路正 常工½ 。
畸 电有 值
变 流效
绕 直 电损 增 Ｐ
组 流 阻耗 加 。
绕 涡
组流
Ｉ½
½
½
½
∑（Ｉ
ＩＩ
½）
／
∑（Ｉ １
½）
×／
Ｉ
５ 谐 波会 导致继 电保护 故障和 自动 装½ 的误动
）
½ ， 电器 测量仪 表测 量不准 ，引起 电½计量不 准 。
½
６ 谐波 会对 周 围通 信系统 产生干 扰 ，½通信 系
）
统无法 正常工 ½ 。
７
）谐波还 引起 电缆泄 漏 电流 的增大 。
杂损 增
散耗加
∑（ Ｉ１
（Ｉ）
½）
／
在 １０ Ｗ 光伏 逆变 器 的研 制过程 中 ， 用 ½ 内
０½
采
专业 厂所 生产 的 Ｂ级绝 缘等级 的干 式变压器 额定容
量 为 １ ０ Ｖ 在 实际 的运行 中温升偏 高 ，图 ３为逆
０ ½ Ａ，
变器 额 定功率运 行 ４
½后变压 器 的温 度场 图 。从 图 ３
３ 谐 波 电压 对 变压 器 的½响
接 入光 伏发 电的系统容 量一 般是 电站装 机容 量
的 １ 倍 以上 ，
０
因此可 以将 电½看做一 个无 穷大 的系
中可 以明显 看 出在 中问线 圈上部温 度 明显偏 高最 高
温度 ＞½５ 。
２℃
Ｉ
２１ 年 ２ 电号技７ ７
０２ 第１ 期
½½
½６
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