光伏逆變器工作原理

光伏逆變器也稱為變流器、反流器,是一類將直流電流轉變?yōu)榻涣麟娏鞯脑骷赡孀儤?、邏輯控制、濾波電路三部分組成,包括輸入接口、電壓運行回路、PWM控制器、直流轉換回路、LC振蕩及輸出回路、負載等部分,可劃分為半橋逆變器和全橋逆變器?,F階段光伏逆變器已普遍應用于空調、電腦主機、電視機、抽油煙機、電扇、燈飾照明等設備。PWM控制器:有下列幾個功能組成:內部參考電壓、誤差放大器、振蕩器和PWM、過壓與欠壓和短路保護、輸出晶體管。逆變器的工作原理類似開關電源,通過一個振蕩芯片,或者特定的電路,控制著振蕩信號輸出,信號通過放大,推動場效應管不斷開關,這樣直流電輸入之后,經過這個開關動作,就形成一定的交流特性,經過修正,就可以得到類似電網上的那種正弦波交流。LC振蕩及輸出回路:保證燈管運行需要的1600V電壓,并確保在燈管運行以后將電壓降至800V。由于目前太陽能電池的價格偏高,為了最大限度的利用太陽能電池,提高系統(tǒng)效率,必須設法提高逆變器的效率。目前光伏電站系統(tǒng)主要用于邊遠地區(qū),許多電站無人值守和維護,這就要求逆變器有合理的電路結構,嚴格的元器件篩選,并要求逆變器具備各種保護功能,如:輸入直流極性接反保護、交流輸出短路保護、過熱、過載保護等。由于太陽能電池的端電壓隨負載和日照強度變化而變化。特別是當蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大,如12V的蓄電池,其端電壓可能在10V~16V之間變化,這就要求逆變器在較大的直流輸入電壓范圍內保證正常工作。

有關逆變器分類的方法很多,例如:根據逆變器輸出交流電壓的相數,可分為單相逆變器和三相逆變器;根據逆變器使用的半導體器件類型不同,又可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器及可關斷晶閘管逆變器等。根據逆變器線路原理的不同,還可分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加型逆變器和脈寬調制型逆變器等。根據應用在并網系統(tǒng)還是離網系統(tǒng)中又可以分為并網逆變器和離網逆變器。為了便于光電用戶選用逆變器,這里僅以逆變器適用場合的不同進行分類。集中逆變技術是若干個并行的光伏組串被連到同一臺集中逆變器的直流輸入端,一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊,功率較小的使用場效應晶體管,同時使用DSP轉換控制器來改善所產出電能的質量,使它非常接近于正弦波電流,一般用于大型光伏發(fā)電站(>10kW)的系統(tǒng)中。最大特點是系統(tǒng)的功率高,成本低,但由于不同光伏組串的輸出電壓、電流往往不完全匹配(特別是光伏組串因多云、樹蔭、污漬等原因被部分遮擋時),采用集中逆變的方式會導致逆變過程的效率降低和電戶能的下降。同時整個光伏系統(tǒng)的發(fā)電可靠性受某一光伏單元組工作狀態(tài)不良的影響。最新的研究方向是運用空間矢量的調制控制以及開發(fā)新的逆變器的拓撲連接,以獲得部分負載情況下的高效率。組串逆變器是基于模塊化概念基礎上的,每個光伏組串(1-5kw)通過一個逆變器,在直流端具有最大功率峰值跟蹤,在交流端并聯并網,已成為現在國際市場上最流行的逆變器。在傳統(tǒng)的PV系統(tǒng)中,每一路組串型逆變器的直流輸入端,會由10塊左右光伏電池板串聯接入。當10塊串聯的電池板中,若有一塊不能良好工作,則這一串都會受到影響。若逆變器多路輸入使用同一個MPPT,那么各路輸入也都會受到影響,大幅降低發(fā)電效率。在實際應用中,云彩,樹木,煙囪,動物,灰塵,冰雪等各種遮擋因素都會引起上述因素,情況非常普遍。而在微型逆變器的PV系統(tǒng)中,每一塊電池板分別接入一臺微型逆變器,當電池板中有一塊不能良好工作,則只有這一塊都會受到影響。其他光伏板都將在最佳工作狀態(tài)運行,使得系統(tǒng)總體效率更高,發(fā)電量更大。在實際應用中,若組串型逆變器出現故障,則會引起幾千瓦的電池板不能發(fā)揮作用,而微型逆變器故障造成的影響相當之小。

對正弦波逆變器,應規(guī)定允許的最大波形失真度(或諧波含量)。通常以輸出電壓的總波形失真度表示,其值應不超過5%(單相輸出允許l0%)。由于逆變器輸出的高次諧波電流會在感性負載上產生渦流等附加損耗,如果逆變器波形失真度過大,會導致負載部件嚴重發(fā)熱,不利于電氣設備的安全,并且嚴重影響系統(tǒng)的運行效率。對于包含電機之類的負載,如洗衣機、電冰箱等,由于其電機最佳頻率工作點為50Hz,頻率過高或者過低都會造成設備發(fā)熱,降低系統(tǒng)運行效率和使用壽命,所以逆變器的輸出頻率應是一個相對穩(wěn)定的值,通常為工頻50Hz,正常工作條件下其偏差應在Plusmn;l%以內。表征逆變器帶感性負載或容性負載的能力。正弦波逆變器的負載功率因數為0.7~0.9,額定值為0.9。在負載功率一定的情況下,如果逆變器的功率因數較低,則所需逆變器的容量就要增大,一方面造成成本增加,同時光伏系統(tǒng)交流回路的視在功率增大,回路電流增大,損耗必然增加,系統(tǒng)效率也會降低。則逆變器經PWM調制輸出其幅值可以向高10%~20%調節(jié)的余量,向低調節(jié)則不受限制,只需降低PWM的開通占空比即可。

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