引言

近年來，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速, 在電力供應(yīng)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(luò)提出了新的挑戰(zhàn)，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、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(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?yàn)樗迷骷匦缘牟町悾o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(dǎo)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(shè)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(shí)間不同，即各管每次導(dǎo)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(dǎo)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，這些均會造成輸出SPWM波正負(fù)的不對稱，從而導(dǎo)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(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(zhuǎn)換器的零點(diǎn)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(jìn)行運(yùn)算。同檢測元件一樣，A／D轉(zhuǎn)換器也存在零點(diǎn)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(jì)量儀表等造成不利影響。由于這些設(shè)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(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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， IEEE Std.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(biāo)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(yīng)超過其交流額定值的1%， 同時(shí)《500kW光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》中要求直流電流不應(yīng)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(shè)計(jì)參數(shù)匹配來實(shí)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(jìn)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(yīng)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(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更高。

電流傳感器一般都會有零點(diǎn)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(shè)計(jì)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(yīng)用開發(fā)的一款低溫漂、體積小的傳感器, 有6A，15A，25A和50A四種規(guī)格。

線性誤差εl: ±0.1%, 零點(diǎn)失調(diào)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(shù)在對分布式光伏逆變器并網(wǎng)中對直流分量會有多大影響呢，我們來逐一分析。

線性誤差： 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是一個(gè)對稱曲線，在正半周和負(fù)半周產(chǎn)生的線性誤差也是對稱的，對于直流分量來說，是可以相互抵消的，所以線性誤差的大小不會影響直流分量的注入量的大小。磁滯曲線見下圖所示。

零點(diǎn)漂移值：由于傳感器零點(diǎn)失調(diào)值是一固定值，在光伏電源系統(tǒng)中，可以通過軟件修正或去除零點(diǎn)失調(diào)值，以消除對直流注入量的影響。

溫漂： 這個(gè)參數(shù)隨溫度的變化而變化，無法避免，直接對直流注入量產(chǎn)生影響，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)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，直流量的通過積分來取得，這些誤差會在正、負(fù)半周抵消，見下圖示。綜合上述誤差分析，CASR輸出信號對影響直流注入量的參數(shù)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(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于0.5%的要求，可以滿足逆變器對直流量測量的要求。

結(jié)論：根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對直流分量的要求與規(guī)定，除采用脈寬調(diào)制技術(shù)外，在選取相應(yīng)的電流傳感器時(shí)，除了考慮測量精度高、線性誤差小、寬溫度范圍等參數(shù)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(shù)，對于標(biāo)稱精度相同的傳感器，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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