南ｌ工种技２０１ １年第８期 技术创新 光伏并网系统研究 崔瑞 李俊华 （陕西华山工程机械有限公司） 摘要本文通过对ｚ源逆变器的介绍，提出了光伏并网发电系统的方案，并时方案进行了分析和讨论，给出了对应的各种控制方 法，最后达到预期的目标。 关键词Ｚ源逆变器光伏并网研究方案 我国正处在经济转轨和蓬勃发展期，能源问题将更加突出，而太 ＤｓＰ捕捉单元来实现简单锁相，系统保证并网逆变器输出的正弦电流 阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳 能的利用越来越受到人们的广泛重视，而太阳能光伏利用的主要形式 将是并网发电系统。所以说太阳能并网发电代表了太阳能电源的发展 方向，是２ｌ世纪最具吸引力的能源利用技术。并网发电系统具有以下 优点“ ：清洁、干净、污染小，符合经济社会可持续发展战略；所发 电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，降低发电成本；光 伏电池组件与建筑物完美结合，降低成本，提高建筑物科技含量。有 利于改善电力系统的负荷平衡。降低线路损耗；可起调峰作用。 １研究方案 （１）Ｚ源逆变器的概述“ 。逆变器的主电路结构有电压型和电流 型，但是传统电压源型逆变器和电流源型逆变器存在以下共同的缺 陷：不能让开关状态短路和开路；不能满足输出电压可升、降，输出 电压范围受到；谐波大，可靠性差。输出电压有死区。本文采用 的是一种新型ｚ源逆变器，见图１ｚ源型变换器拓扑结构 图１ Ｚ泺型变换器拓扑结构 ｚ源变换器是美国密西根州立大学的彭方正教授于２００２年首次提 出来，相比于传统的电压源型逆变器和电流源型逆变器，Ｚ源逆变器 有着更为优秀的性能表现，它是一种基于ｚ源储能网络的变换拓扑， 由独特的阻抗网络（电路）组成，这样使得ｚ源型逆变器在直流储能中 具有二阶特性，克服了常规型逆变器的不足。由于其灵活性极大，可 以将任何形式的电源耦合到任何形式的主变换电路，向任何形式的负 载供电。有很大的灵活性。 （２）初步设计方案。见图２系统的设计框图。在本系统中将太阳 能电池板输出的直流电，通过ｚ源变换器转换为交流电，再经过滤波 后得到２２０Ｖ，５０ＨＺ正弦交流电并到电网上。其中ｚ源变换器是变压 部分，逆变器采用全桥逆变器，控制电路的核心芯片采用ＴＭＳ３２０Ｆ ２４０７，保证并网逆变器输出的电流与电网相电压同频同相。 图２系统的设计框图 太阳电池阵列的开路电压和短路电流在很大程度上受日照强度和 温度的影响，系统工作点也会因此飘忽不定，这必然导致系统效率的 降低。为此．本系统采用了最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ）控制对跟随太阳 能电池阵列表面温度变化和太阳辐射度变化而产生出的输出电压与电 流的变化进行跟踪控制，使阵列经常保持在最大输出的工作状态，以 获得最大的功率输出。而电网电压的检测通过电压传感器实现；电感 电流通过电流传感器得到。电压传感器的输出的电号经过Ｉ司步检 测电路后输出相位和频率与电网电压相同的方波信号，最终利用 与电网的相电压同频同相。 对输入电压实行闭环控制，由于是太阳能光照强度温度等不同， 对于这类直流电源，会有电压波动情况，这将影响ｚ源电容上的电压 质量。因此，为保证输出电压的质量，对其进行跟踪控制，其控制输 出作为ｚ源逆变器需要的直通零矢量调制信号，调节直通零矢量占空 比Ｄ。如果电容上的电压过低，则无法满足系统逆变的要求；过高会 损坏功率管，所以也要对其电压采用闭环控制，使其电压稳定在合理 的给定值，为了稳定ｚ源电容电压从而保证整个逆变器的可靠运行， 必须采用闭环控制，其控制输出为交流环的幅值指令。 由于对电流环来说，电网电压的波动就是—个扰动量，为了抑制 电网电压突变时对电感电流的影响，引入电网电压前馈控制策略。常 用的ＰＷＭ控制 ’方法有：ＳＰＷＭ（正弦脉宽调制）、ＳＶＰＷＭ（空问 矢量脉宽调制）。（￣）ＳＰＷＭ脉宽信号是利用正弦波的信号波对三角波 进行调制，具体实现就是通过正弦波与三角波交截产生一系列的脉冲 信号。而此能量等效于正弦波所包的能量，此信号经过放大后来驱动 功率管的开通关断，然后经过滤波后在输出端得到正弦波的过程。但 这种方法在逆变控制中直流电压利用率不是很高，开关器件的开合次 数较多。（￣）ＳＶＰＷＭ控制技术以三相波形整体生成效果为前提。以逼 近三相旋转磁场轨迹为目的。用逆变器不同的开关模式所产生的实际 磁通去逼近基准磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成 ＰＷＭ波形。ＳＶＰＷＭ是一种优化的ＰＷＭ方法。ＳＶＰＷＭ是一种得到广 泛研究的ＰＷＭ￣ｔ术，相对于ＳＶＷＭ控制技术是一种优化的ＰｗＭ控制 技术。和传统的ＳＰＷＭ相比。ＳＶＰＷＭ具有优点：直流利用率高；谐 波少；控制简单，易于数字实现等优点。研究证明ＳＶＰＷＭ：￣直 流电压利用率方面较常规ＳＰＷＭ提高１５．４７％，而且在关频率不高的 情况下能输出较好质量的波形，本文采用了空间矢量调制方式 （ＳＶＰｗＭ）。 （３）最大功率跟踪实现方案的确定。本文采用扰动观察法， 方法是先扰动输出电压值ＵＰＶ ＋△ｕ，再测量其功率变化，与 扰动之前功率值相比，若功率 值增加，则表示方向正确，可 朝同一方向扰动ＡＵ；若扰动 后的功率值小于扰动前，则往 相反方向扰动’△Ｕ。通过不断 扰动使阵列工作于最大功率点 附近。特点：扰动观察法控制 算法简单，容易实现，对传感 图３扰动观察法流程图 器精度要求不高，但响应速度较慢，适用于日照强度变化缓慢的场 合。见图３扰动观察法流程图。 ２光伏并网控制 光伏并网控制目标是控制并网逆变器的输出电流为始终保持与电 网电压频率相位同步的高质量正弦波，并尽可能地减小输出电流的谐 波，提高逆变器输出电压的稳态性能和动态性能。稳态性能指输出电 压的稳负载能力，动态性能指输出电压在负载突变时动态响应水平 参考文献 【１１ Ｐｅｎｇ Ｆａｎｇ Ｚｈｅｎｇ．ｚ—Ｓｏｕｒｃｅ Ｉｎｖｅｒｔｘ，ｒＵ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｍ．Ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｍａｒｃｈ／＾ｐｒｉｌ ２００３ ［２１袁晓，赵敏荣，胡希杰。等．太阳能光伏发电并网技术的（转１１７页） －南肚科技２０１１ 技术创新 纤维素型焊条下向焊在长输管道施工中的应用 路浩姜爱国 （中原油田供热管理处） 摘要本文介绍了 ３．２纤维素焊条打底，中４．０纤维素焊条盖面的管道下向焊接工艺技术。分析了在执行这一焊接工艺中可能出 现的缺陷及其预防措施，论述了现场焊接施工过程，进一步谈到了纤维素型焊条向下焊的应用前景。 关键词长输管道纤维素型焊条焊接工艺焊接缺陷 随着石油天然气及石油化工工业的发展，以西气东输工程为标 志，我国的长输管道建设高峰期已经到来，迄今为止，我国已建成各 类长输管道近三万公里，承担着全国９０％以上的油气运输任务；长输 管道向下焊技术自２ｏ世纪６‘）年代引进中国以来，经过几十年的发展， 目前国内已具有成熟的手工向下焊接技术，纤维型焊条向下焊以其经 济性好，受外界条件影响小、焊接质量好、简单易操作、生产效率高 等特点，：Ｅ－Ｅ输管道的施工中起着重要作用。 １ 纤维型素焊条向下焊的优点 数如参考工艺表。 埠挂詹＇虎 ｜‘井 坪鲁型号 蜱矗直拉 衄性 辟Ｉｔｔ潮＾ ．遮●方法 直扯直上下托蕾 热埠 墟屯 工而 直扯＾上下挑蕺 直拉＾小幡棰助 直扯点小幡摇动 表１纤维素型焊奈下向焊接参考．Ｔ－－Ｅ表 ４焊接任务的分配 （１）设备简单，易操作。 （２）抗风能力强，焊接工艺性能好，特别适用于野外施工作 业。 （３）焊缝外观成形和内部质量均好，抗气孔能力强。 ２焊前准备 长输管道的焊接一般采用流水线式焊接作业，分别由８名（两人 一组）取得相应资格证的焊工和１名清根人员组成，每两名焊工负责 苴工序。 ５操作方法 （１）管材。以Ｑ２３５钢，规格为４２６ Ｘ ８的螺旋焊管为例。 （２）焊材。以采用奥地利ＢＯＨＬＥＲ公司生产的ＦＯＸＣＥＬ纤维素 型下向焊条。型号为Ｅ６０１０、Ｅ７０１０为例。 （３）焊接电源。采用北京汇众公司生产的ＤＣ－４００型的管道焊 机。 （１）由于管径较大，为减少受热不均引起的热收缩，根焊时由 两名焊工同时施焊，施焊顺序如图２所示，根焊速度不易过快，否则 热焊时易造成烧穿缺陷。 （２）根焊运条方式采用直拉，当间隙过大或熔孔过大时，建议 作直线往复轻微挑动，防止出现烧穿现象。 （３）热焊主要是为了加固根部焊道，同时，继续补充足够的热 量使焊缝保持较高的温度来防止裂纹等缺陷的产生，热焊时一般不摆 动，只要保证坡口两侵 瞎合良好即可。根焊与热焊的时问间隔不要太 长，层问温度不低于ＩＯＯ℃为宜。 （４）坡口形式。采用带钝边ｖ型坡口，坡口角度６０。±５。，钝 边为１．５～２．０ｒａｍ。 （５）管材清理。首先用清管器将管子内部的各种异物如土、泥 浆杂物清理干净，然后将管口１０—２０ｒａｍ范围的内外管壁用角向砂轮机 和电动钢丝刷清除铁锈和氧化皮，直至露出金属光泽，如果管Ｕ４０— （４）填充时不能过高，以填充厚度低于母材表面ｏ．５ｍｍ为宜。 可根据坡口情况适当摆动，保证坡口两侧熔口良好，但不能破坏坡口 ５０ｍｍ范围内有沥青或其它特殊涂料覆盖时，必须用汽油或其它方法 边缘，以保证盖面焊缝成形美观。（５）盖面焊时应适当摆动电弧，以使坡口两侧母材充分熔合， 将其去除。因为这些物质落到焊接熔池中会导致焊缝中产生气孔和非 减少焊缝表面缺陷，保证焊缝顺直，但摆动幅度不能太大，以免焊缝 金属夹杂。 （６）管口较正。管材在运输或装卸过程中，如果出现轻微内凹 中心产生凹陷。 （６）每层焊道完成后应用角向砂轮机和电动钢丝刷将焊缝表面 现象时，必须采用千斤顶或铜锤将其校圆。 （７）装配组对 焊口的装配组对质量是影响焊缝内部质量与外 的熔渣飞溅及表面缺陷清理干净，为下道工序打好基础。根焊结束 后，应用角向砂轮机清根，清根后为“ｕ”形，可有效防止夹渣打等 观成形的主要因素之一，因此应严格按照焊接工艺要求进行组对。 管材的组对应采用内对口器（弯头处除外），组对前应将管端 缺陷的产生。（７）为了提高接头质量，在接头时更换焊条要迅速．在熔池熔 １０ｍｍ范围内的螺旋焊缝余高打磨掉，使其平缓过渡。组对时两管口 渣尚未完全冷却前换完焊条。并迅速引弧施焊，若问断再焊时，应先 螺旋焊缝应错开１００ｒａｍ以上，错边量≤０．８ｍｍ，并沿周长均匀分布， 清除接头处的渣壳再引弧焊接。每相邻两层焊道接头处，应错开３ｏ＿ 间隙为２．０—２．５ｍｍ，无垫板，如图ｌ所示。 ５０ｒａｍ，避免相互重叠。 掉Ｔ‘ｌｌ１ （Ｒ）焊缝外观成形要求：焊缝余高为０－２ｍｍ，仰焊位置不得超 过３ｍｍ，焊缝宽度以坡口每边熔合１．５—２ｍｍ为宜。 。 ６结束语 ｌ焊Ｔ甲２ ’ ／●鼻一ｒ２ 纤维素型焊条下向焊在焊接操作、焊接质量、焊接条件、焊接速 度等方面都具有一定的优越性。是一种易于掌握、高质量、高效率的 焊接方法，因此在长输管道施工中起着重要作用。 （收稿日期：２ｎ１１一ｎ６—０９） ３焊接工艺参数 焊接层次共分为四层：即根焊、热焊、填充和盖面，焊接工艺参 （，￣１１１页）应用【Ｊ】．上海电力，２００６ 赵为．太阳能光伏并网发电系统的研究【Ｄ】．合肥工业大学，２００３ 料．２００７ 【６】刘和平。等．ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ＤＳＰ￣ 、原理及应用【Ｍ】．北京：北 京航空航天大学出版社。２００２ 【４】张兴，季建强，余勇，等．电流型ＰｗＭ整流器低电压应力空闯矢 量ＰｗＭ（ １】ｗＭ）研究Ⅱ】．中国电机工程学报。２００４ 【５】张耀明．中国太阳能光伏发电产业的现状与前景【『１．新能源与新 作者简介‘崔瑞（１９８０－）。女．工程师。 （收稿日期：２０１１－０５－１９）
