【精选】详解太阳能电池组件中逆变器的工作原理

太阳能电池组件中逆变器的工作原理逆变器的概念通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程逆变器的概念通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制PWM技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术3大部分。逆变器的分类逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。1按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为5060HZ的逆变器中频逆变器的频率一般为400HZ到十几KHZ高频逆变器的频率一般为十几KHZ到MHZ。2按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。3按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。4按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。5按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管IGBT逆变器等。又可将其归纳为“半控型”逆变器和“全控制”逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为“半控型”普通晶闸管即属于这一类后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为“全控型”，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管IGBT等均属于这一类。6按直流电源分，可分为电压源型逆变器VSI和电流源型逆变器CSI。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。7按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。8按逆变器控制方式分，可分为调频式PFM逆变器和调脉宽式PWM逆变器。9按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。10按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。逆变器的基本结构逆变器的直接功能是将直流电能变换成为交流电能逆变装置的核心，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。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可能通过改变一个电压信号来调节。产生和调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。逆变装置的基本结构，除上述的逆变电路和控制电路外，还有保护电路、输出电路、输入电路、输出电路等，如图2所示。逆变器的工作原理1全控型逆变器工作原理图3所示，为通常使用的单相输出的全桥逆变主电路，图中，交流元件采用IGBT管Q11、Q12、Q13、Q14。并由PWM脉宽调制控制IGBT管的导通或截止。当逆变器电路接上直流电源后，先由Q11、Q14导通，Q1、Q13截止，则电流由直流电源正极输出，经Q11、L或感、变压器初级线圈图12，到Q14回到电源负极。当Q11、Q14截止后，Q12、Q13导通，电流从电源正极经Q13、变压器初级线圈21电感到Q12回到电源负极。此时，在变压器初级线圈上，已形成正负交变方波，利用高频PWM控制，两对IGBT管交替重复，在变压器上产生交流电压。由于LC交流滤波器作用，使输出端形成正弦波交流电压。当Q11、Q14关断时，为了释放储存能量，在IGBT处并联二级管D11、D12，使能量返回到直流电源中去。2半控型逆变器工作原理半控型逆变器采用晶闸管元件。改进型并联逆变器的主电路如图4所示。图中，TH1、TH2为交替工作的晶闸管，设TH1先触发导通，则电流通过变压器流经TH1，同时由于变压器的感应作用，换向电容器C被充电到大的2倍的电源电压。按着TH2被触发导通，因TH2的阳极加反向偏压，TH1截止，返回阻断状态。这样，TH1与TH2换流，然后电容器C又反极性充电。如此交替触发晶闸管，电流交替流向变压器的初级，在变压器的次级得到交流电。在电路中，电感L可以限制换向电容C的放电电流，延长放电时间，保证电路关断时间大于晶闸管的关断时间，而不需容量很大的电容器。D1和D2是2只反馈二极管，可将电感L中的能量释放，将换向剩余的能量送回电源，完成能量的反馈作用。逆变器的主要技术性能及评价选用技术性能表征逆变器性能的基本参数与技术条件内容很多，下面仅就评价时常用的参数做一简要说明。1额定输出电压在规定的输入直流电压允许的波动范围内，它表示逆变器应能输出的额定电压值。对输出额定电压值的稳定准确度一般有如下规定1在稳态运行时，电压波动范围应有一个限定，例如其偏差不超过额定值的3或5。2在负载突变额定负载050100或有其他干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不应超过额定值的8或10。2输出电压的不平衡度在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡度逆序分量对正序分量之比应不超过一个规定值，一般以表示，如5或8。3输出电压的波形失真度当逆变器输出电压为正弦度时，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，其值不应超过5单相输出允许10。4额定输出频率逆变器输出交流电压的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1以内。5负载功率因数表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。在正弦波条件下，负载功率因数为0709滞后，额定值为09。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额定输出效率逆变器的效率是在规定的工作条件下，其输出功率对输入功率之比，以表示。逆变器在额定输出容量下的效率为满负荷效率，在10额定输出容量的效率为低负荷效率。8保护1过电压保护对于没电压稳定措施的逆变器，应有输出过电压防护措施，以使负截免受输出过电压的损害。2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。9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。10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。逆变器的主要技术性能及评价选用评价为正确选用光伏发电系统用的逆变器，应对逆变器的技术性能进行评价。根据逆变器对离网型主要光伏发电系统运行特性的影响和光伏发电系统对逆变器性能的要求，评价内容有如下几项1额定输出容量表征逆变器向负载供电的能力。额定输出容量值高的逆变器可带更多的用电负载。但当逆变器的负载不是纯阻性时，也就是输出功率小于1时，逆变器的负载能力将小于所给出的额定输出容量值。2输出电压稳定度表征逆变器输出电压的稳压能力。多数逆变器产品给出的是输入直流电压在允许波动范围内该逆变器输出电压的偏差，通常称为电压调整率。高性能的逆变器应同时给出当负载由0100变化时，该逆变器输出电压的偏差，通常称为负载调整率。性能良好的逆变器的电压调整率应3，负载调整率应6。3整机效率表征逆变器自身功率损耗的大小，通常以表示。容量较大的逆变器还应给出满负荷效率值和低负荷效率值。KW级以下逆变器的效率应为8085，10KW级逆变器的效率应为8590。逆变器效率的高低对光伏发电系统提高有效发电量和降低发电成本有重要影响。4保护功能过电压、过电流及短路保护是保证逆变器安全运行的最基本措施。功能完美的正弦波逆变器还具有欠电压保护、缺相保护及温度越限报警等功能。5起动性能逆变器应保证在额定负载下可靠起动。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，有时采用软起动或限流起动。对于大功率光伏发电系统和联网型光伏发电系统逆变器的波形失真度和噪声水平等技术性能也十分重要。在选用离网型光伏发电系统用的逆变器时，除依据上述5项基本评价内容外，还应注意以下几点1应具有足够的额定输出容量和负载能力。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09时，选取逆变器的额定容量为电设备容量的11115倍即可。在逆变器以多个设备为负载时，逆变器容量的选取要考虑几个用电设备同时工作的可能性，即“负载同时系数”。2应具有较高的电压稳定性能。在离网型光伏发电系统中均以蓄电池为储能设备。当标称电压为12V的蓄电池处于浮充电状态时，端电压可达135V，短时间过充电状态可达15V。蓄电池带负荷放电终了时端电压可降至105V或更低。蓄电池端电压的起伏可达标称电压的30左右。这就要求逆变器具有较好的调压性能，才能保证光伏发电系统以稳定的交流电压供电。3在各种负载下具有高效率或较高效率。整机效率高是光伏发电用逆变器区别于通用型逆变器的一个显著特点。10KW级的通用型逆变器实际效率只有7080，将其用于光伏发电系统时将带来总发电量2030的电能损耗。因此光伏发电系统专用逆变器在设计中应特别注意减少自身功率损耗，提高整机效率。因此这是提高光伏发电系统技术经济指标的一项重要措施。在整机效率方面对光伏发电专用逆变器的要求是KW级以下逆变器额定负荷效率8085，低负荷效率657510KW级逆变器额定负荷效率8590，低负荷效率7080。4应具有良好的过电流保护与短路保护功能。光伏发电系统正常运行过程中，因负载故障、人员误操作及外界干扰等原因而引起的供电系统过电流或短路，是完全可能的。逆变器对外电路的过电电流及短路现象最为敏感，是光伏发电系统中的薄弱环节。因此，在选用逆变器时，必须要求具备有良好的对过电流及短路的自我保护功能。5维护方便。高质量的逆变器在运行若干年后，因元器件失效而出现故障，应属于正常现象。除生产厂家需有良好的售后服务系统外，还要求生产厂家在逆变器生产工艺、结构及元器件选型方面具有良好的可维护性。例如，损坏元器件有充足的备件或容易买到，元器件的互换性好在工艺结构上，元器件容易拆装，更换方便。这样，即使逆变器出现故障，也可迅速恢复正常。光伏发电系统逆变器的操作使用与维护检修操作使用1严格按照逆变器使用维护说明书的要求进行设备的连接和安装。在安装时，应认真检查线径是否符合要求各部件及端子在运输中有否松动应绝缘处是否绝缘良好系统的接地是否符合规定。2应严格按照逆变器使用维护说明书的规定操作使用。尤其是在开机前要注意输入电压是否正常在操作时要注意开关机的顺序是否正确，各表头和指示灯的指示是否正常。3逆变器一般均有断路、过电流、过电压、过热等项目的自动保护，因此在发生这些现象时，无需人工停机自动保护的保护点，一般在出厂时已设定好，无需再行调整。4逆变器机柜内有高压，操作人员一般不得打开柜门，柜门平时应锁死。5在室温超过30时，应采取散热降温措施，以防止设备发生故障，延长设备使用寿命。维护检修1应定期检查逆变器各部分的接线是否牢固，有无松动现象，尤其应认真检查风扇、功率模块、输入端子、输出端子以及接地等。2一旦报警停机，不准马上开机，应查明原因并修复后再行开机，检查应严格按逆变器维护手册的规定步骤进行。3操作人员必须经过专门培训，能够判断一般故障的产生原因，并能进行排除，例如能熟练地更换保险丝、组件以及损坏的电路板等。未经培训的人员，不得上岗操作使用设备。4如发生不易排除的事故或事故的原因不清，应做好事故详细记录，并及时通知生产工厂给予解决。测量学模拟试卷得分评卷人复查人1经纬仪测量水平角时，正倒镜瞄准同一方向所读的水平方向值理论上应相差（A）。A180B0C90D270215000地形图的比例尺精度是（D）。A5MB01MMC5CMD50CM3以下不属于基本测量工作范畴的一项是（C）。A高差测量B距离测量C导线测量D角度测量4已知某直线的坐标方位角为220，则其象限角为（D）。A220B40C南西50D南西405由一条线段的边长、方位角和一点坐标计算另一点坐标的计算称为（A）。A坐标正算B坐标反算C导线计算D水准计算6闭合导线在X轴上的坐标增量闭合差（A）。A为一不等于0的常数B与导线形状有关C总为0D由路线中两点确定7在地形图中，表示测量控制点的符号属于（D）。A比例符号B半依比例符号C地貌符号D非比例符号8在未知点上设站对三个已知点进行测角交会的方法称为（A）。A后方交会B前方交会C侧方交会D无法确定9两井定向中不需要进行的一项工作是（C）。A投点B地面连接C测量井筒中钢丝长度D井下连接10绝对高程是地面点到（C）的铅垂距离。A坐标原点B任意水准面C大地水准面D赤道面11下列关于等高线的叙述是错误的是（A）A高程相等的点在同一等高线上B等高线必定是闭合曲线，即使本幅图没闭合，则在相邻的图幅闭合C等高线不能分叉、相交或合并一、单项选择题（每小题1分，共20分）在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内。D等高线经过山脊与山脊线正交12下面关于非比例符号中定位点位置的叙述错误的是（B）A几何图形符号，定位点在符号图形中心B符号图形中有一个点，则该点即为定位点C宽底符号，符号定位点在符号底部中心D底部为直角形符号，其符号定位点位于最右边顶点处13下面关于控制网的叙述错误的是（D）A国家控制网从高级到低级布设B国家控制网按精度可分为A、B、C、D、E五等C国家控制网分为平面控制网和高程控制网D直接为测图目的建立的控制网，称为图根控制网14下图为某地形图的一部分，各等高线高程如图所视，A点位于线段MN上，点A到点M和点N的图上水平距离为MA3MM，NA2MM，则A点高程为（A）A364MB366MC374MD376M15如图所示支导线，AB边的坐标方位角为，转折角如图，则CD边30125AB的坐标方位角为（B）CDABCD3075301530453029516三角高程测量要求对向观测垂直角，计算往返高差，主要目的是（D）A有效地抵偿或消除球差和气差的影响B有效地抵偿或消除仪器高和觇标高测量误差的影响C有效地抵偿或消除垂直角读数误差的影响D有效地抵偿或消除读盘分划误差的影响17下面测量读数的做法正确的是（C）A用经纬仪测水平角，用横丝照准目标读数ANM373635100301303010030DCBAB用水准仪测高差，用竖丝切准水准尺读数C水准测量时，每次读数前都要使水准管气泡居中D经纬仪测竖直角时，尽量照准目标的底部18水准测量时对一端水准尺进行测量的正确操作步骤是（D）。A对中整平瞄准读数A整平瞄准读数精平C粗平精平瞄准读数D粗平瞄准精平读数19矿井平面联系测量的主要任务是（D）A实现井上下平面坐标系统的统一B实现井上下高程的统一C作为井下基本平面控制D提高井下导线测量的精度20井口水准基点一般位于（A）。A地面工业广场井筒附近B井下井筒附近C地面任意位置的水准点D井下任意位置的水准点得分评卷人复查人21水准测量中，为了进行测站检核，在一个测站要测量两个高差值进行比较，通常采用的测量检核方法是双面尺法和。22直线定向常用的标准方向有真子午线方向、_磁北方向_和坐标纵线方向。23地形图符号一般分为比例符号、_半依比例符号_和不依比例符号。24井下巷道掘进过程中，为了保证巷道的方向和坡度，通常要进行中线和_的标定工作。25测量误差按其对测量结果的影响性质，可分为系统误差和_偶然误差_。26地物注记的形式有文字注记、_和符号注记三种。27象限角的取值范围是090。28经纬仪安置通常包括整平和对中。29为了便于计算和分析，对大地水准面采用一个规则的数学曲面进行表示，这个数学曲面称为参考托球面。二、填空题（每空2分，共20分）30光电测距仪按照测量时间的方式可以分为相位式测距仪和差分。得分评卷人复查人31竖盘指标差竖盘分划误差32水准测量利用水准仪测定两点间的高差33系统误差由客观原因造成的具有统计规律性的误差34视准轴仪器望远镜物镜和目镜中心的连线得分评卷人复查人35简述测回法测量水平角时一个测站上的工作步骤和角度计算方法。对中，整平，定向，测角。观测角度值减去定向角度值三、名词解释（每小题5分，共20分）四、简答题（每小题5分，共20分）36什么叫比例尺精度它在实际测量工作中有何意义图上01毫米在实地的距离。可以影响地物取舍37简述用极坐标法在实地测设图纸上某点平面位置的要素计算和测设过程。38高斯投影具有哪些基本规律。得分评卷人复查人39在12000图幅坐标方格网上，量测出AB20CM,AC16CM,AD39CM,AE52CM。试计算AB长度DAB及其坐标方位角AB。40从图上量得点M的坐标XM1422M,YM8671M；点A的坐标为XA4234M,YA8500M。试计算M、A两点的水平距离和坐标方位角。ABDCEBA1200140016001800五、计算题（每小题10分，共20分）测量学标准答案与评分说明一、一、单项选择题（每题1分）1A；2D；3C；4D；5A；6C；7D；8A；9C；10C；11A；12D；13B；14A；15B；16A；17C；18D；19A；20A二、二、填空题（每空2分，共20分）21变更仪器高法22磁北方向23半依比例符号（或线状符号）24腰线25偶然误差26数字注记27大于等于0度且小于等于90度（或0,90）28对中29旋转椭球体面30脉冲式测距仪三、三、名词解释（每题5分，共20分）31竖盘指标差在垂直角测量中，当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向其正确位置90度或270度，而是与正确位置相差一个小角度X,X即为竖盘指标差。32水准测量利用一条水平视线并借助于水准尺，测量地面两点间的高差，进而由已知点的高程推算出未知点的高程的测量工作。33系统误差在相同的观测条件下，对某量进行了N次观测，如果误差出现的大小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。34视准轴望远镜物镜光心与十字丝中心（或交叉点）的连线。四、四、简答题（每题5分，共20分）35（1）在测站点O上安置经纬仪，对中，整平（1分）（2）盘左瞄准A点，读数LA，顺时针旋转照准部到B点