一文看懂光伏逆变器工作原理.docx

一文看懂光伏逆变器工作原理.docx

《一文看懂光伏逆变器工作原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一文看懂光伏逆变器工作原理.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

一文看懂光伏逆变器工作原理

一文看懂光伏逆变器工作原理！

工作原理及特点

工作原理：

逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。

该电路通过电力电

子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。

特点：

（1）要求具有较高的效率。

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。

（2）要求具有较高的可靠性。

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。

（3）要求输入电压有较宽的适应范围。

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。

光伏逆变器分类

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。

1、集中型逆变器

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。

2、组串型逆变器

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。

许多大型光伏电厂使用组串逆变器。

优点是不受组串间模块差异和遮影的

影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发

电量。

技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。

同时，

在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情

况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的

电能。

最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得

系统的可靠性又进了一步。

目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。

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。

4、功率优化器

太阳能发电系统加装功率优化器（OptimizEr）可大幅提升转换效率，并将逆

变器（Inverter）功能化繁为简降低成本。

为实现智慧型太阳能发电系统，装置功

率优化器可确实让每一个太阳能电池发挥最佳效能，并随时监控电池耗损状态。

功率优化器是介于发电系统与逆变器之间的装置，主要任务是替代逆变器原本

的最佳功率点追踪功能。

功率优化器藉由将线路简化以及单一太阳能电池即对

应一个功率优化器等方式，以类比式进行极为快速的最佳功率点追踪扫描，进

而让每一个太阳能电池皆可确实达到最佳功率点追踪，除此之外，还能藉置入

通讯晶片随时随地监控电池状态，即时回报问题让相关人员尽速维修。

光伏逆变器的功能

逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的

功能和系统故障保护功能。

归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控

制功能、防单独运行功能（并网系统用）、自动电压调整功能（并网系统用）、直流

检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）。

这里简单介绍自动运

行和停机功能及最大功率跟踪控制功能。

（1）自动运行和停机功能

早晨日出后，太阳辐射强度逐渐增强，太阳电池的输出也随之增大，当达

到逆变器工作所需的输出功率后，逆变器即自动开始运行。

进入运行后，逆变

器便时时刻刻监视太阳电池组件的输出，只要太阳电池组件的输出功率大于逆

变器工作所需的输出功率，逆变器就持续运行;直到日落停机，即使阴雨天逆变

器也能运行。

当太阳电池组件输出变小，逆变器输出接近0时，逆变器便形成

待机状态。

（2）最大功率跟踪控制功能

太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度（芯片温度）

而变化的。

另外由于太阳电池组件具有电压随电流增大而下降的特性，因此存

在能获取最大功率的最佳工作点。

太阳辐射强度是变化着的，显然最佳工作点

也是在变化的。

相对于这些变化，始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率

点，系统始终从太阳电池组件获取最大功率输出，这种控制就是最大功率跟踪

控制。

太阳能发电系统用的逆变器的最大特点就是包括了最大功率点跟踪

（MPPT）这一功能。

光伏逆变器的主要技术指标

1.输出电压的稳定度

在光伏系统中，太阳电池发出的电能先由蓄电池储存起来，然后经过逆变

器逆变成220V或380V的交流电。

但是蓄电池受自身充放电的影响，其输出

电压的变化范围较大，如标称12V的蓄电池，其电压值可在10.8～14.4V之间

变动（超出这个范围可能对蓄电池造成损坏）。

对于一个合格的逆变器，输入端

电压在这个范围内变化时，其稳态输出电压的变化量应不超过额定值的

Plusmn;5%，同时当负载发生突变时，其输出电压偏差不应超过额定值的±

10%。

2.输出电压的波形失真度

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。

3.额定输出频率

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。

4.负载功率因数

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。

5.逆变器效率

逆变器的效率是指在规定的工作条件下，其输出功率与输入功率之比，以

百分数表示，一般情况下，光伏逆变器的标称效率是指纯阻负载，80%负载情

况下的效率。

由于光伏系统总体成本较高，因此应该最大限度地提高光伏逆变

器的效率，降低系统成本，提高光伏系统的性价比。

目前主流逆变器标称效率

在80%～95%之间，对小功率逆变器要求其效率不低于85%。

在光伏系统实

际设计过程中，不但要选择高效率的逆变器，同时还应通过系统合理配置，尽

量使光伏系统负载工作在最佳效率点附近。

6、额定输出电流（或额定输出容量）

表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流。

有些逆变器产

品给出的是额定输出容量，其单位以VA或kVA表示。

逆变器的额定容量是当

输出功率因数为1（即纯阻性负载）时，额定输出电压为额定输出电流的乘积。

7、保护措施

一款性能优良的逆变器，还应具备完备的保护功能或措施，以应对在实际

使用过程中出现的各种异常情况，使逆变器本身及系统其他部件免受损伤。

（1）输入欠压保户：

当输入端电压低于额定电压的85%时，逆变器应有保护和显示。

（2）输入过压保户：

当输入端电压高于额定电压的130%时，逆变器应有保护和显示。

（3）过电流保护：

逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时

动作，使其免受浪涌电流的损伤。

当工作电流超过额定的150%时，逆变器应

能自动保护。

（4）输出短路保户

逆变器短路保护动作时间应不超过0.5s。

（5）输入反接保护：

当输入端正、负极接反时，逆变器应有防护功能和显示。

（6）防雷保护：

逆变器应有防雷保护。

（7）过温保护等。

另外，对无电压稳定措施的逆变器，逆变器还应有输出过电压防护措施，

以使负载免受过电压的损害。

（8）起动特性

表征逆变器带负载起动的能力和动态工作时的性能。

逆变器应保证在额定

负载下可靠起动。

（9）噪声

电力电子设备中的变压器、滤波电感、电磁开关及风扇等部件均会产生噪

声。

逆变器正常运行时，其噪声应不超过80dB，小型逆变器的噪声应不超过

65dB。

选型技巧

逆变器的选用，首先要考虑具有足够的额定容量，以满足最大负荷下设备

对电功率的要求。

对于以单一设备为负载的逆变器，其额定容量的选取较为简

单。

当用电设备为纯阻性负载或功率因数大于0.9时，选取逆变器的额定容量

为用电设备容量的1.1～1.15倍即可。

同时逆变器还应具有抗容性和感性负载

冲击的能力。

对一般电感性负载，如电机、冰箱、空调、洗衣机、大功率水泵等，在起

动时，其瞬时功率可能是其额定功率的5～6倍，此时，逆变器将承受很大的

瞬时浪涌。

针对此类系统，逆变器的额定容量应留有充分的余量，以保证负载

能可靠起动，高性能的逆变器可做到连续多次满负荷起动而不损坏功率器件。

小型逆变器为了自身安全，有时需采用软起动或限流起动的方式。

安装注意事项及维护

1、在安装前首先应该检查逆变器是否在运输过程中有无损坏。

2、在选择安装场地时，应该保证周围内没有任何其他电力电子设备的干扰。

3、在进行电气连接之前，务必采用不透光材料将光伏电池板覆盖或断开直

流侧断路器。

暴露于阳光，光伏阵列将会产生危险电压。

4、所有安装操作必须且仅由专业技术人员完成。

5、光伏系统发电系统中所使用线缆必须连接牢固，良好绝缘以及规格合适。

发展趋势

对于太阳能逆变器来讲，提高电源的转换效率是一个永恒的课题，但是当

系统的效率越来越高，几乎接近100%时，进一步的效率改善会伴随着性价比

的低下，因此，如何保持一个很高的效率，又能维