有无隔离变压器的逆变器的基本知识

1、浅谈光伏发电系统用逆变器的根本知识逆变器的概念通常，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技术等学科根底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 大局部。逆变器的分类逆变器的

2、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 5 06 0 H z的逆变器； 中频逆变器的频率一般为 4 0 0 H z 到十几 kHz;高频逆变器的频率一般为十几 kHz 到 MH z。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

3、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I G B T逆变器等。乂可将其归纳为“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届于这一类；后者， 那么具有自关断能力，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等均届于这一类。6 .按直流电源分，可分为电压源型逆变器V S I 和电流源型逆变器C S I。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，

4、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。逆变器的根本结构 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

5、调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。 逆变装置的根本结构，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 I GBT 管 Q1 1、Q12、Q13、Q14。并由 PWM 脉宽调制控制 I GB T管的导通或截止。当逆变器电路接上直流电源后，先由 Q 1 1、Q 1 4导通，Q 1、Q 1 3截止， 那么电流由直流电源正极输出，经 Q1 1、L 或感、变压器初级线圈图 1 2 ,到 Q 1 4 回到电源负极。当 Q 1 1、

6、Q 1 4 截止后，Q 1 2、Q 1 3 导通，电流从 电源正极经 Q1 3、变压器初级线圈 2 1 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 IGB T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 Q1 1、Q1 4 关断时，为了释放储存能量，在 I GBT 处并联二级管 D 1 1、 D 1 2 ,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。 改良型并联逆变器 的主电路如图 4所示。图中，Th1、Th2 为交替工作的晶闸管，设 Th

7、1先 触发导通，那么电流通过变压器流经 Thl,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 Th 2被触发导通，因 Th 2 的阳极 加反向偏压，Th 1截止，返回阻断状态。这样，Th l 与 Th2 换流，然后电 容器 C 乂反极性充电。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。D 1 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 反应作用

8、。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根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 土3 %或 5 %。2在负载突变额定负载 0%T5 0%T1 0 0% 或有其他十扰因素影响 的动态情况下，其输出电压偏差不应超过额定值的土 8 %或土 1 0 %。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

9、定值，一般以表示，如 5 %或 8%。.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 1 0 %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 5 0Hz。正常 工作条件下其偏差应在土 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0 . 70 . 9 滞后,额定值为 0 . 9。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

10、位以 V A 或 k V A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

11、保证在额定负载下 可靠起动。1 0 .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 8 0 d B ,小型逆变器的噪声应不超过 6 5 dB。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

12、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 0%Tl 0 0 %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 V 3 % ,负载调整率应 V 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。k W级以下逆变器的效率应为 8 0 %8 5 % ,10 kW级逆变器的效率应为 8 5 %9 0 %。 逆变器效率的上下对光伏发电系统 提高有效发电量

13、和降低发电本钱有重要影响。4 .保护功能过电压、过电流及短路保护是保证逆变器平安运行的最根本措施。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屡次满负荷起 动而不损坏功率器件。小型逆变器为了自身平安，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 项根本评价内容外，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

14、，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电设备容量的 1 .11 . 1 5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 1 2 V的蓄电池处于浮充电状态时， 端电压可达 1 3 . 5 V, 短时间过充电状态可达 1 5 V。 蓄电池带负荷放电终了时端电压可降至 1 0 .5V 或更低。蓄电池端电压的起伏可达标

15、称电压的 3 0%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。1 0 kW 级的通用型逆变器实际效率只有 7 0%8 0%,将其用于光伏发电系统时将带来总发电量 2 0%3 0%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?8 0%85%,低负荷效率?65%75%;1 0 kW 级

16、逆变器额定负荷效率A 8 5 %9 0 %,低负荷效率?7 0 %8 0 %。(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、人员误操作及外界十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假设十年后，因元器件失效而出现故障，应届于正常现象。除生产厂家需有良好的售后效劳系统外， 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

17、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 的指小是否正常。3.逆变器一般均有断路、过电流、过电压、过热等工程的自动保护，因此在发 生这些现象

18、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，操作人员一般不得翻开柜门，柜门平时应锁死。5 .在室温超过 3 0C 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局部的接线是否牢固，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

19、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活， 应做好事故详细记录，并及时通 知生产工厂给予解决。首先确认-下变用器还是引压交用器还是隔离升压变乐器种变压器的作用是不一样的，I高交压器的主要作用有三点，一是电，隔肉的件用第是援地保护.三是低 nui 网的时 候升 I 顼！卜出同样，变压器是会导致一定程度的损耗的，所以隔离变压堪的存在就需要很 据现突组网情况来决定了 如果说是低 Ik 并网方案，仃变压器对后端的负载有较好的保护作用，兀他作用不大.尤其是 采用 II晶砰电池，询端也池右接地的婆求.后端逆变黯的输出就必须要求带输出隔离变压器 f a如果说是中乐或者高压并

20、网方案，那么自带变用器就 点意义都没而 而且还卷产生不必要 的损托，所以这种组网方式，除 II是钱暮的烧的不行，一般是要耿消内置隔离变压器的。咒状他变湄的设计原理来源r NMA嘛洋丁DanyYLT井网尤伏蜒斐落的根本设计无论采川何种技术，的根本设11都很明阻且*常相此其核心就足将直流电压光伏凯什常帙 成交流电压Rf并网的过程.在转变的过程中，不停地转换直海电的正负极连接，从*|形成方向变化的 交流电,所以.通州器II勺K姓部件是桥接开关整体管无件，J&R1;这个开美娇的 唧度搂输入的 直流电源.在另一侧连楼交泡电向在匚作过程中，只有两个相时的开关可以同时关闭.加果将此升矢桥的卅关速度设

21、置成与电河姓率相同.那么在理论上叫以将桥的输出恻与电网莲接但虬 由于这样输也的电流是方款且强度没有变化.闵此需要在输出端安装 个民仃铁芯的电麟器,用以 将输出电旋控制成为止弦波爬杭，桥的廊卅采川脉冲 2 件避行.从血推成与芯冲和关的较小咆流分1L这样的电波分M可以对电感器的电流进行控制.做冲的倾率一帔为20KHE 这样就完全町以股成mm的电混见图h bo剧于比伏逆交器来说,尬有个11常更哽的迪甜不能遗痴=输入朔的电容需.见用L c,电睿器的 作用是儒存电能，琬保束日发电倒的电流舲一致供绐桥援开关.并通垃七电网顼率问址变化的格止人 电网 什输入电养春的群量足够大的情况卜*4能龄保证光伏发电系统的

22、待税、正蔺诟行图1:光伏逆变器的堆本设计图2掘困了可用于宜接井阿的的根本功能.但在实际曲用中,入电压的ffiflA有 定的局限性= 对于并网发电应用，Il输入电出必须在任何肘刻都高于电网的烽值电辰。当电网电幅的彳效佰为250V时,这到正常为网要求的发电源侧的最低电斥应为354V,与标拊逆变器的根本设计小1爪 百接并河逆变器，很名方法来调整或提升输入电爪范围。常用的祗变器 技术方案与结构都各不相同：1、柔用电子升压 奏挨蜀,提升新 入电压值，知 BQ 篮2、采用帝有整流器 的 高 强 妻 挽器，提升输入电压。盘IS久采用50HZ麦 项器，降低输出 侧电压图2：最常用的燧变削电路图表一览上面勉到的

23、构不仅在电气隔离方面不同，在可到达的效率、府电!k的依牧性等方面也各不 相问，囚此.投有统一的公式末界定何种逆变株设订是最优秀的设订.用户必须妾考虑到具体使川的逆 变器洲:，日前,只要光伏发电站设计合理，伏全可以经济运行。伏发井入电.的无变压器型因为其低本钱、 扃效率血日荀受到更视.但足该技术仍然被认为是“有轲题的二这一点将在下血进行检验和说明。变出器将电能做化成建能，再将慰能转化成电能在输入与输出端之间安装的电史竺置导致的能挤 损失“J到达1%. M至高达2%因此.无变氏器型|变溶的运行效*要比变逆变愆札 这种技术还口很关其它的优点,例如材料消耗少、垂M轻等更R优势.虽然光伏发电站的运行和平

24、安性都不m采用电气防八、施.布设订苴接并|可的遵地时还是应该考虑到以下儿个方血。总而言之.大变压器型相对体枳较小、垠量较轻、价格也比拟便直，在很多方血都比变氏器生逆无隔陶变压器光伏的技术关健S3; Sunny Bey 2100TLS4. Sunny Boy 3000女市申耳效，图 5：外观相同内部电路不同：变庶器型和无变氏器型四种 Sunny Boy效率特性正常近有状态下的漏电电流将来Hit伏翅件的电爪采用高频率(20kH/)转换过杵中.高频电味应芾同于电网电J卜叶伟 这 f 电爪在逆 内部被认为足I扰，浊波器可以阻断这些I扰,防止其进入电网。但在理论上.阻止抑臼发电电源 刨的直流分最进入交流

25、电时是1、可能绝对实现的这样.根据所采用逆变器*，构的不或 在交流拊出中也将存在不同的对地宜流电压分量 如果太阳能电 池组和减石其接线端对地存在交流电氐将产生“漏电电流，通过奇生电容渔向电池孔成地攻.图& Sunny Boy 2100TL逆变剧光伏电池组对地电压图7： Sunny Boy 5XMT, HC多组小逆变器光伏电池组对地电序下面我们以Sunny Boy2lXTL和Sunny Bo5000TL HC西种逆变器为例.如上图所示,这两却逆变器 的运汀会在其电F局部产生。时间相关的电丹，它们的光伏组件对地电Jk.也小相同。Sunny Boy21XTL采用H型桥结构.加在光伏组什上的电

26、氏为电网电压有效值的一半.务绢中逆变器|SB5000TL HC J采用电容半桥结构.桥的中线H接连接在电M的中线上.这样的结果就 是产生的对地电压只是50H7的低电压值.克分虽只是电网电压很小的-局部.只相当于变压的拓扑结 构中的电压纹波量.除r电叫电ih提升加m的耳也.部电电流的大小土收决十光伏组件寄生电容的人小.该电容位人小与电 池面枳及组件与边框之间的距离相关.因此， 关于漏电电流情况.应该在设计系统时就仔抑考世808的结构和光伏组什尺、L血枳越大.电池与光伏组件边枇之间的鹿离越小.产生的漏电电流就越大 尤边椎结构光伏沮件的漏电电流伍很低。 然血.安装在小锈侗箔上的非晶电池会产生很大的消

27、电电流。外部条件也会对漏电电流户生碧响.因此小可防止会产生 定的波部 如果沉淀物或者洁洁波卉湿了光 伏纸件.漏电电流就会增加：这此液体中的电子物质成分缩和电浊5电池间的距离.造成漏电电流升高。息之，光伏姐件在运行时的漏电电流iE常情况下取决很名运行条件，没有定值来衡最。以H型析逆 变岛如Sunny Boy 2100TL为例-在运行过行中光伏组件的漏电电流值在1 30mA/KWp范围内光伏级件中的故障电流在并网应用的光伏电站中只能使用电池片与边枢白叮靠绝缘的1伏拗仰.坦件要J5双倍或超强的绝 缘措施.并R.要充分考虑光伏叫件的系统耐ik性，以保证即使在光伏系统运行状态下也可以的模纽件表 面.不会

28、造成危险.I】荫.所有的光伏组件可以到达II级防护.在近择时并没有太严格的限制.如上所述.对J无变氏岩壁建变料在运行时光伏纸件上的电板.以是登加了交流屯网的问步电田值, 当他摸组件外表时.可能会产生对地的故障电能。如果组件的绝缘足够好.般来说很溥有这样的电旋 产生.但是，故障电流放电的强度会 F 条件的变彳七血增加.如光伏电池距离编朽这种情况卜透明坡 瑚或型II板闩渡M少拔触血枳增加:伉比方：由于扁光伏组件的液体中含仃导屯物质.会近成导电 血积有大，从而导致意外的故障电流在这种情况下虽然无汰对危险电流预先榆测，但如果发生意外会 造成-定的危险，为了防止由此类似突然从梆了上掠下束等产生的平安恩患

29、.也为了防止危险.在也 设光伏并网发电系统时，用户应该遵循以下步骤:1将咒伏组件的边HL以及M他导电,局部与接地线连接2在对系统迎行锥护或对光伏组件进行清理时，动开逆 右了这些保护措脸，人员平安就能给得到完全的保障。设计粘好的无变辰器犁逆变器 问额外的保护， 即使航过电气隔离型迎安求的平安标准.也勿苗担忧平安问愿U在该类塑整变器中.安对绢件可能产生的DC诙AC潮电电流进行持续睑测，日产生故障电流大温与电网的连接1 3 0mA逆变骐立即断升与电网的连接。然血，现实应用中对故即11流的监测比简单监测漏电电液 大小更为底为。漏电电流在系统途有状态卜是隆时变化的.在并网之前无从得知、|前的数值.因此，在 鲂欠健变器核入电网前，会检测光伏组件的绝缘电阻。只右当绝缘电阻超过要求的电阻仙大于1M欧 婀时,才能延明没伯故障电流注入电阳 这时可以连接电网。因此，识别故障电流不仅通过监测漏电电 流的增加.迷要通过删电流的变上；狭知。所仃故障电流监控装置都必须具有海电电流检测功能双 重的.&监测系统必须能够独在识别故障电流 这样.人身平安就会得到