光伏逆变器工作原理

      光伏逆变器也称为变流器、反流器,是一类将直流电流转变为交流电流的元器件,由逆变桥、逻辑控制、滤波电路三部分组成,包括输入接口、电压运行回路、PWM控制器、直流转换回路、LC振荡及输出回路、负载等部分,可划分为半桥逆变器和全桥逆变器。现阶段光伏逆变器已普遍应用于空调、电脑主机、电视机、抽油烟机、电扇、灯饰照明等设备。PWM控制器:有下列几个功能组成:内部参考电压、误差放大器、振荡器和PWM、过压与欠压和短路保护、输出晶体管。逆变器的工作原理类似开关电源,通过一个振荡芯片,或者特定的电路,控制着振荡信号输出,信号通过放大,推动场效应管不断开关,这样直流电输入之后,经过这个开关动作,就形成一定的交流特性,经过修正,就可以得到类似电网上的那种正弦波交流。LC振荡及输出回路:保证灯管运行需要的1600V电压,并确保在灯管运行以后将电压降至800V。由于目前太阳能电池的价格偏高,为了最大限度的利用太阳能电池,提高系统效率,必须设法提高逆变器的效率。目前光伏电站系统主要用于边远地区,许多电站无人值守和维护,这就要求逆变器有合理的电路结构,严格的元器件筛选,并要求逆变器具备各种保护功能,如:输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大,如12V的蓄电池,其端电压可能在10V~16V之间变化,这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。

     有关逆变器分类的方法很多,例如:根据逆变器输出交流电压的相数,可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同,又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原理的不同,还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器,这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端,一般功率大的使用三相的IGBT功率模块,功率较小的使用场效应晶体管,同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量,使它非常接近于正弦波电流,一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高,成本低,但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时),采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接,以获得部分负载情况下的高效率。组串逆变器是基于模块化概念基础上的,每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器,在直流端具有最大功率峰值跟踪,在交流端并联并网,已成为现在国际市场上最流行的逆变器。在传统的PV系统中,每一路组串型逆变器的直流输入端,会由10块左右光伏电池板串联接入。当10块串联的电池板中,若有一块不能良好工作,则这一串都会受到影响。若逆变器多路输入使用同一个MPPT,那么各路输入也都会受到影响,大幅降低发电效率。在实际应用中,云彩,树木,烟囱,动物,灰尘,冰雪等各种遮挡因素都会引起上述因素,情况非常普遍。而在微型逆变器的PV系统中,每一块电池板分别接入一台微型逆变器,当电池板中有一块不能良好工作,则只有这一块都会受到影响。其他光伏板都将在最佳工作状态运行,使得系统总体效率更高,发电量更大。在实际应用中,若组串型逆变器出现故障,则会引起几千瓦的电池板不能发挥作用,而微型逆变器故障造成的影响相当之小。




对正弦波逆变器,应规定允许的最大波形失真度(或谐波含量)。通常以输出电压的总波形失真度表示,其值应不超过5%(单相输出允许l0%)。由于逆变器输出的高次谐波电流会在感性负载上产生涡流等附加损耗,如果逆变器波形失真度过大,会导致负载部件严重发热,不利于电气设备的安全,并且严重影响系统的运行效率。对于包含电机之类的负载,如洗衣机、电冰箱等,由于其电机最佳频率工作点为50Hz,频率过高或者过低都会造成设备发热,降低系统运行效率和使用寿命,所以逆变器的输出频率应是一个相对稳定的值,通常为工频50Hz,正常工作条件下其偏差应在Plusmn;l%以内。表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。正弦波逆变器的负载功率因数为0.7~0.9,额定值为0.9。在负载功率一定的情况下,如果逆变器的功率因数较低,则所需逆变器的容量就要增大,一方面造成成本增加,同时光伏系统交流回路的视在功率增大,回路电流增大,损耗必然增加,系统效率也会降低。则逆变器经PWM调制输出其幅值可以向高10%~20%调节的余量,向低调节则不受限制,只需降低PWM的开通占空比即可。

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