《光伏发电逆变器概述》2000字

光伏发电逆变器概述综述第1.1节光伏逆变器第1.1.1节光伏逆变器的定义人们日常生活中更常接触到的是充电器，整流器属于其中的关键部分，可以实现交流到直流之间的转换[16]。而逆变器则是实现完全相反的功能，即实现直流到交流的转换。逆变器同样属于一种重要的设备，广泛应用到了实际生产领域中[17]。第1.1.2节光伏逆变器的分类光伏逆变器的主要分类形式[18]如表2所示。表2逆变器的分类输出交流电频率输出的相数输出电能的去向主电路形式直流电源输出波形工频逆变器中频逆变器高频逆变器单相逆变器三相逆变器多相逆变器有源逆变器无源逆变器推挽式逆变器半桥式逆变器全桥式逆变器电压源逆变器电流源逆变器方波逆变器阶梯波逆变器正弦波逆变器在有源逆变器和无源逆变器的划分中，前者是指将逆变器输出的电能传输到电网中，后者则是传输到负载中。在电流源逆变器和电压源逆变器的划分中，前者表示直流电流基本保持稳定，后者表示直流电压基本保持稳定，二者输出的均为突变方波。第1.1.3节光伏逆变器的构成从结构上来看，光伏逆变器主要分为逆变电路、输入以及输出电路、控制电路、保护电路和辅助电路等部分。各个部分的功能存在差异，需要通过电路组合的方式进行衔接，以此保证整体功能的实现。具体的衔接形式如图6所示。图6光伏逆变器的基本电路构成逆变电路属于逆变器的主电路，通过开关的关断与连通实现逆变功能。控制电路可以通过脉冲对开关进行控制，以此实现与逆变电路的配合。辅助电路可以对控制电路进行有效配合。通过这个电路可以对输入电压进行转换，以此得到适合控制电路工作的直流电压。除了这些功能之外，还可以对逆变器的运行状态进行检测，同时对电压等信息进行显示。保护电路种类有很多，主要包括过压保护、过流保护、过热保护、接反保护等。在光伏逆变器中设计到了较多的器件，而半导体功率器件属于其中的关键部分。当前在逆变器中主要利用了功率场效应晶体管(VMOSFET)、绝缘栅极晶体管(IGBT)等。第1.1.4节光伏逆变器的作用在光伏发电中需要使用可靠的光伏逆变器，以此实现从直流到交流的转换，其中市电的标准是220V，50Hz。逆变器还可以实现孤岛效应保护和最大功率点的跟踪等功能。第1.2节并网逆变器的输入方式对于并网逆变器而言，在输入方式上主要分为电压源输入和电流源输入两大类。这两类输入方式如图7、图8所示。图7电压源逆变器图8电流源逆变器二者在与逆变器连接的方式上存在差异，电压源和电流源分别使用了电容和电感与逆变器相连。为了保持直流输入的稳定性，电流源逆变器必须将大电感串联在直流侧，但是这种方式会导致系统的响应速度降低。考虑到上述因素，本设计使用了电压源逆变器。第1.3节逆变电路的拓扑结构从拓扑结构[19]上来看，主要将逆变电路分为三类，分别是推挽逆变拓扑、半桥逆变拓扑和全桥逆变拓扑。推挽逆变拓扑的结构如图9所示。图9推挽逆变拓扑结构该拓扑结构只需使用2个开关元器件，此外驱动电路的构造复杂度较低，所以只能够输出方波，无法输出正弦波，一般只是将其应用到低于1KW的方波电压方案中。半桥逆变拓扑的结构如图10所示。图10半桥逆变拓扑结构该结构的电路复杂度较低，使用几个开关元器件即可满足使用要求。然而输出功率一致的情况下，开关管需要承受更大的电流，达到了全桥逆变拓扑的两倍。如果大功率的电源采用半桥逆变拓扑，会导致晶体管必须得承受住高电压高电流，成本会很高，所以半桥逆变拓扑适用于中小功率电源。全桥逆变拓扑的结构如图11所示。图11全桥逆变拓扑结构该拓扑结构使用了4个开关元器件，它的输出电流与经过开关元器件的电流是半桥逆变拓扑的1/2，与前两种拓扑结构相比，全桥逆变结构能够实现最大功率输出。正是由于具备了上述优势，全桥逆变拓扑结构是目前应用最为广泛的。综上所述，本课题设计的光伏逆变器采用全桥逆变拓扑结构。第1.4节逆变器的隔离方式隔离方式上主要划分为高频隔离与工频隔离两种，此外还有非隔离逆变器。工频隔离逆变器(工频：家用频率，几十赫兹)，其结构如图12所示。图12工频隔离逆变器的基本结构它的工作过程是直流电逆变为交流电后经过低频变压器并入电网，是目前市面上最广泛使用的。但是逆变器的尺寸得设计得很大，难以小型化，此外也会增大系统的损耗。高频隔离逆变器，其结构如图13所示。图13高频隔离逆变器的基本结构在具体工作过程中，首先实现直流电到交流电的转换然后经过高频逆变器，接着进行两次逆变之后与电网进行连接。相比传统的工频隔离逆变器，高频隔离逆变器的体积和质量可以进一步小型化，但是电路结构会比较复杂，同时它还有电磁干扰等问题，对滤波和屏蔽的要求会很高。非隔离逆变器指的是无变压器，其结构如图14所示。图14非隔离逆变器的基本结构它的主电路比工频逆变器复杂，但是比高频逆变器简单，仍然有两级变换(DC-DC-AC)。相比传统的隔离型逆变器，它可