光伏逆变器的原理和选型技巧

1、光伏逆变器的原理和选型技巧一、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

2、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。二、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

3、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

4、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

5、产出更多的电 能。3、微型逆变器在传统的 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 MPP，T 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，

6、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

7、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。三、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

8、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

9、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（ MPP）T 这一功能。四、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 108144V 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 1

10、0。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

11、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 0709，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 8

12、0 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

13、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

14、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。五、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 09 时，选取逆变器 的额定容量为用电设备容量的 11115 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 56 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