引言

   近年來(lái)，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(lái)越多的分布式光伏發(fā)電系統接入到配電網(wǎng)中，對傳統的配電網(wǎng)絡(luò )提出了新的挑戰，同時(shí)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(diǎn)電壓、引起電壓波動(dòng)、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(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。逆變器輸出脈寬調制波中含有直流分量的原因可以歸結為以下幾點(diǎn)：

  (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)脈沖分配及死區形成電路引起的直流分量

  控制系統產(chǎn)生的SPWM信號需經(jīng)過(guò)脈沖分配及死區形成電路分相、設置死區，再經(jīng)驅動(dòng)電路隔離、放大后驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管。其中元件參數的分散性會(huì )引起死區時(shí)間不同，即各管每次導通時(shí)間中的損失不一致，從而逆變器輸出中包含直流分量。

  (3)開(kāi)關(guān)管特性不一致

  即使控制電路產(chǎn)生的脈寬調制波完全對稱(chēng)，由于主電路中功率開(kāi)關(guān)管特性的差異，如導通時(shí)飽和壓降不同以及關(guān)斷時(shí)存儲時(shí)間的不一致等，這些均會(huì )造成輸出SPWM波正負的不對稱(chēng)，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(diǎn)漂移引起的直流分量

 1) 檢測元件的零點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(jīng)過(guò)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(jìn)行運算。同檢測元件一樣，A／D轉換器也存在零點(diǎn)漂移，同樣會(huì )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?jì)x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(dòng)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(gè)系統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(wèn)題之一， IEEE Std.929-2000中規定，光伏系統并網(wǎng)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(guò)每相電流額定值的0.5%，國標GB/Z19964-2005《光伏發(fā)電站接入電力系統技術(shù)規定》中規定直流分量不應超過(guò)其交流額定值的1%， 同時(shí)《500kW光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)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(guò)合理的設計參數匹配來(lái)實(shí)現，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(lái)，由于技術(shù)的進(jìn)步以及成本的壓力，去除隔離變壓器可帶來(lái)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(lái)越廣泛。

  對于不帶隔離變壓器的系統，通常會(huì )采用脈寬調制(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(xiàn)性誤差小受外界干擾小的特點(diǎn)。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(huì )更高。

  電流傳感器一般都會(huì )有零點(diǎn)誤差、溫度漂移線(xiàn)性誤差，這些誤差都會(huì )對直流分量造成影響，有些可以通過(guò)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CASR 50-NP為例來(lái)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(kāi)發(fā)的一款低溫漂、體積小的傳感器, 有6A，15A，25A和50A四種規格。

  線(xiàn)性誤差εl: ±0.1%, 零點(diǎn)失調值Vout: 2.5±0.05, 零點(diǎn)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(wǎng)中對直流分量會(huì )有多大影響呢，我們來(lái)逐一分析。

  線(xiàn)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(xiàn)是一個(gè)對稱(chēng)曲線(xiàn)，在正半周和負半周產(chǎn)生的線(xiàn)性誤差也是對稱(chēng)的，對于直流分量來(lái)說(shuō)，是可以相互抵消的，所以線(xiàn)性誤差的大小不會(huì )影響直流分量的注入量的大小。磁滯曲線(xiàn)見(jiàn)下圖所示。
          
                      
   零點(diǎn)漂移值：由于傳感器零點(diǎn)失調值是一固定值，在光伏電源系統中，可以通過(guò)軟件修正或去除零點(diǎn)失調值，以消除對直流注入量的影響。

   溫漂： 這個(gè)參數隨溫度的變化而變化，無(wú)法避免，直接對直流注入量產(chǎn)生影響，在光伏并網(wǎng)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(guò)積分來(lái)取得，這些誤差會(huì )在正、負半周抵消，見(jiàn)下圖示。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(wǎng)電流為30Arms，用CASR 50-NP傳感器檢測并網(wǎng)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(gè)誤差遠遠優(yōu)于0.5%的要求，可以滿(mǎn)足逆變器對直流量測量的要求。

  結論：根據光伏并網(wǎng)發(fā)電系統對直流分量的要求與規定，除采用脈寬調制技術(shù)外，在選取相應的電流傳感器時(shí)，除了考慮測量精度高、線(xiàn)性誤差小、寬溫度范圍等參數外，溫漂（零點(diǎn)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(chēng)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。

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