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传感器对直流注入量抑制的影响

编辑:重庆汇铭仪器设备有限公司  字号:
摘要:传感器对直流注入量抑制的影响
光伏电源对配电网的影响主要包含:升高接人点电压、引起电压波动、注入电流谐波和直流分量、直流侧接地故障、非正常孤岛等。
 
本文主要阐述直流注入量产生的原因、危害以及如何有效抑制。
 
一、直流分量产生的原因
 
直流分量产生的最根本原因是逆变器输出的高频SPWM波中含有一定的直流分量。逆变器输出脉宽调制波中含有直流分量的原因可以归结为以下几点:
 
(1)给定正弦信号波中含有直流分量
 
这种情况多发生在模拟控制的逆变器中,正弦波给定信号由模拟器件产生,因为所用元器件特性的差异,给定正弦波信号本身就含有很小的直流分量。采用闭环波形反馈控制,输出电流波形和给定波形基本一致,从而导致输出交流电流中也含有一定程度的直流分量。
 
(2)脉冲分配及死区形成电路引起的直流分量
 
控制系统产生的SPWM信号需经过脉冲分配及死区形成电路分相、设置死区,再经驱动电路隔离、放大后驱动开关管。其中元件参数的分散性会引起死区时间不同,即各管每次导通时间中的损失不一致,从而逆变器输出中包含直流分量。
 
(3)开关管特性不一致
 
即使控制电路产生的脉宽调制波完全对称,由于主电路中功率开关管特性的差异,如导通时饱和压降不同以及关断时存储时间的不一致等,这些均会造成输出SPWM波正负的不对称,从而导致输出电流中含有直流分量。
 
(4)控制系统反馈通道的零点漂移引起的直流分量
 
1)检测元件的零点漂移:逆变器引入输出反馈控制,不可避免要采用各种检测元件,最常用的是电压、电流 霍尔传感器。这些传感器一般都存在零点和温度漂移,由于这些漂移的存在,使得输出电流中含有直流分量
 
2)A/D转换器的零点漂移:在全数字控制的逆变器中,检测元件检测到的输出电流还需经过A/D转换器把模拟量转化为数字量,并由处理器按一定的控制规律进行运算。同检测元件一样,A/D转换器也存在零点漂移,同样会造成输出交流电流中含有直流分量。
 
二、直流分量的危害
 
直流分量主要对配电网中的变压器、电流式漏电断路器、电流型变压器、计量仪表等造成不利影响。由于这些设备中都有磁芯,直流分量的存在容易造成磁路的饱和,引起电流式漏电断路器误动作,变压器或互感器饱和、发热、产生谐波和噪音等,导致整个系统的运行故障甚至瘫痪。
 
直流注入量的抑制是光伏并网的关键问题之一,IEEEStd.929-2000中规定,光伏系统并网电流中直流分量必须小于系统额定电流的0.5%,美国的规定是不超过每相电流额定值的0.5%,国标GB/Z19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》中规定直流分量不应超过其交流额定值的1%,同时《500kW光伏发电并网逆变器技术规范》中要求直流电流不应大于逆变器输出电流额定值的0.5%.

三、直流分量的抑制

直流分量的抑制可以通过合理的设计参数匹配来实现,在并网前采用隔离变压器是抑制直流分量的有效方法。
 
但近十几年来,由于技术的进步以及成本的压力,去除隔离变压器可带来更高的效率并减少生产成本,不带隔离变压器的光伏电源逆变器应用越来越广泛。
 
对于不带隔离变压器的系统,通常会采用脉宽调制(Pulse-widthmod.ulatim,PWM)技术的光伏电源逆变器可以抑制直流分量输出。
 
选用合理的检测元件也可以有效减少直流分量。
 
四、直流分量的检测
 
直流分量的检测一般选用闭环电流传感器,闭环电流传感器具有精度高,线性误差小受外界干扰小的特点。对于直流分量的检测与一般的电流检测不同,叠加在交流信号的的直流分量幅值都很小,对传感器的要求也会更高。
 
电流传感器一般都会有零点误差、温度漂移线性误差,这些误差都会对直流分量造成影响,有些可以通过电路设计及软件算法,有些则不避免地存在。选择合适的传感器,合理地使用传感器,有效减少电流传感器对直注分量的影响。
 
下面我们以CASR50-NP为例来分析,这些误差对直流分量影响的程度,以及如何消除和减小影响。CASR系列是LEM针对光伏应用开发的一款低温漂、体积小的传感器,有6A,15A,25A和50A四种规格。
 
线性误差εl:±0.1%,零点失调值Vout:2.5±0.05,零点温漂TCVout:±0.7ppm/K,增益温漂TCV:max±40ppm/K.
 
这些参数在对分布式光伏逆变器并网中对直流分量会有多大影响呢,我们来逐一分析。
 
线性误差:由于被测的有效电流是交流信号,那么在磁路中的磁滞曲线是一个对称曲线,在正半周和负半周产生的线性误差也是对称的,对于直流分量来说,是可以相互抵消的,所以线性误差的大小不会影响直流分量的注入量的大小。磁滞曲线见下图所示。
 
零点漂移值:由于传感器零点失调值是一固定值,在光伏电源系统中,可以通过软件修正或去除零点失调值,以消除对直流注入量的影响。
 
温漂:这个参数随温度的变化而变化,无法避免,直接对直流注入量产生影响,在光伏并网系统中必须考虑。
 
由于检测的信号中含有交流和直流信号民,传感器的综合误差只是影响交流,直流量的通过积分来取得,这些误差会在正、负半周抵消,综合上述误差分析,CASR输出信号对影响直流注入量的参数主要是温度漂移误差。
 
以并网电流为30Arms,用CASR50-NP传感器检测并网电流,在85°C条件下的对直流分量有影响的误差为:
 
总误差=TCV_OUT+TCG=0.12%+0.24%=0.36%这个误差远远优于0.5%的要求,可以满足逆变器对直流量测量的要求。
 
结论:根据光伏并网发电系统对直流分量的要求与规定,除采用脉宽调制技术外,在选取相应的电流传感器时,除了考虑测量精度高、线性误差小、宽温度范围等参数外,温漂(零点温度漂移和增益温度漂移)是特别需要考虑的参数,对于标称精度相同的传感器,温度漂移越小,对直流分量测量的影响越小。所以选用温漂特性好的传感器可以有效抑制直流注入量,提高测量效果。
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