逆变器工作原理

逆变器的核心是逆变器开关电路, 简称逆变电路. 该电路通过电力电子开关通断, 完成逆变功能.

特征

1. 需要高效率

由于太阳能电池价格高, 为了最大限度地利用太阳能电池, 提高系统效率, 我们必须努力提高逆变器的效率.

2. 需要高可靠性

购买壁炉时的注意事项, 光伏电站系统主要用于偏远地区, 许多发电站无人看管和维护, 这要求逆变器具有合理的电路结构, 严选元器件, 并要求逆变器具备多种保护功能, 如: 输入直流极性反接保护, 交流输出短路保护, 过热, 过载保护, 等等.

3. 输入电压需要有广泛的适应

因为太阳能电池的端电压随负载和日照强度而变化. 尤其是, 当电池老化时, 它的端电压变化很大, 比如12V电池, 其端电压可能在 10V 和 16V 之间变化, 这就要求逆变器保证在较大的直流输入电压范围内正常工作.

光伏逆变器分类

逆变器的分类方法有很多, 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, 可分为晶体管逆变器, 晶闸管逆变器和关断晶闸管逆变器. 根据逆变器的不同电路原理, 也可分为自激振荡型逆变器, 阶梯波堆叠型逆变器和脉宽调制型逆变器. 根据在并网系统或离网系统中的应用可分为并网逆变器和离网逆变器. 为了方便光电用户选择逆变器, 逆变器仅按不同应用场合分类.

1. 集中式逆变器

集中是几个并联的光伏逆变器技术组串连接到相同的集中逆变器直流输入, 使用通用电源三相IGB T电源模块, 使用更小的功率场效应晶体管, 同时采用DSP转换控制器提高输出电源的质量, 使其非常接近正弦波电流, 一般用于大型光伏电站 (& 燃气轮机; 10千瓦) 系统. 最大的特点是系统功率大、成本低. 然而, 因为不同光伏阵列的输出电压和电流往往不完全匹配 (特别是当光伏阵列因多云而被部分遮挡时, 阴凉的树, 污渍等原因), 集中逆变模式会导致逆变过程效率的降低和功耗的下降. 同时, 整个光伏系统的发电可靠性受到某个光伏电池组不良工作状态的影响. 最新研究方向是利用空间矢量调制控制，开发新的逆变器拓扑连接，在部分负载下获得高效率.

2. 群系列逆变器

集群逆变器基于模块化概念, 每个光伏集群 (1-5千瓦) 通过逆变器, DC端有最大功率峰值跟踪, 在交流端并联电网, 已成为国际市场上最受欢迎的逆变器.

许多大型光伏电站使用集群逆变器. 优点是不受模块差异和组间阴影的影响, 同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器的不匹配, 从而增加发电量. 这些技术优势不仅降低了系统成本, 也增加了系统的可靠性. 同时, 的概念 “主从” 在系列之间引入, 使系统不能使单个逆变器工作在单个系列的电能中, 几个光伏串联在一起, 让他们中的一个或多个工作, 从而产生更多的电能.

最新概念通过将多个逆变器组合成一个系统，进一步提高了系统的可靠性。 “团队” 代替 “主从” 系统. 购买壁炉时的注意事项, 无变压器串联逆变器一直占主导地位.

3. 微型逆变器

在传统光伏系统中, 每个串联逆变器的直流输入端串联约 10 光伏板. 当其中一个 10 串联的面板不能很好地工作, 他们都会受到影响. 如果逆变器多路输入使用相同的 MPPT, 那么所有输入都会受到影响, 大大降低发电效率. 在实际应用中, 云, 树木, 烟囱, 动物, 灰尘, 冰雪等屏蔽因素可导致上述因素, 这种情况很常见. 在微型逆变器的光伏系统中, 每个面板分别连接到微型逆变器. 当其中一个电池板不能正常工作时, 只有这个会受到影响. 所有其他光伏面板将在最佳运行条件下运行, 导致更高的整体效率和更大的发电量. 在实际应用中, 如果集群逆变器故障, 会造成几千瓦的面板不能发挥作用, 而微逆变器故障造成的影响比较小.

4. 功率优化器

带有功率优化器的太阳能发电系统可以大大提高转换效率并简化逆变器的功能以降低成本. 实现智能太阳能发电系统, 功率优化器的安装可以确保每个太阳能电池的最佳性能, 并随时监控细胞耗竭状态. 功率优化器是发电系统和逆变器之间的装置. 其主要任务是替代逆变器原有的最佳功率点跟踪功率. 功率优化器简化电路并通过它对应于单个太阳能电池的功率优化器, 以此类推，非常快最漂亮的功率点跟踪扫描, 并且让每块太阳能电池确实可以跟踪最大功率点, 此外, 还可以通过贴片时与任何地方的通讯芯片来监控电池状态, 立即向相关人员报告问题尽快修复.

光伏逆变器的作用

逆变器不仅具有直接交流转换的功能, 还具有最大化太阳能电池性能和系统故障保护的功能. 总结一下, 具有自动运行和关机功能, 最大功率跟踪控制功能, 防分离操作功能 (用于并网系统), 自动电压调节功能 (用于并网系统), 直流检测功能 (用于并网系统), 直流接地检测功能 (用于并网系统). 这里简单介绍一下自动运行和停机以及最大功率跟踪控制的功能.

1. 自动运行和关机功能

早上日出后, 太阳辐射强度逐渐增加, 并且太阳能电池的输出也增加了. 当达到逆变器所需的输出功率时, 逆变器自动开始运行. 进入操作后, 逆变器将始终监控太阳能电池模块的输出, 只要太阳能电池组件的输出功率大于逆变器所需的输出功率, 逆变器将继续运行; 直到日落关闭, 逆变器即使在雨天也能运行. 当太阳能电池组件输出变小，逆变器输出接近时 0, 逆变器将形成待机状态.

2. 最大功率跟踪控制功能

太阳能电池组件的输出随太阳辐射强度和太阳能电池组件本身的温度而变化 (芯片温度). 此外, 太阳能电池组件的电压随着电流的增加而降低, 所以有一个获得最大功率的最佳工作点. 太阳辐射强度正在发生变化, 最佳工作点也是如此. 相对于这些变化, 太阳能电池组件的工作点始终处于最大功率点, 并且系统始终从太阳能电池模块获得最大功率输出. 该控制是最大功率跟踪控制. 太阳能发电系统逆变器最重要的特点是包括最大功率点跟踪 (MPPT) 这个函数.

光伏逆变器主要技术指标

1. 输出电压的稳定性

在光伏系统中, 太阳能电池产生的能量储存在电池中，然后通过逆变器转换为 220V 或 380V 交流电. 然而, 电池受自身充放电影响, 其输出电压变化很大. 例如, 标称 12V 电池, 它的电压值可以从 10.8 V 至 14.4V (超出这个范围, 电池可能已损坏). 对于合格的逆变器, 当输入电压在这个范围内变化, 稳态输出电压的变化不应超过± 5% 额定值, 当负载突然变化时, 输出电压偏差不应超过± 10% 额定值.

2. 输出电压波形失真

最大允许波形失真 (或谐波含量) 应为正弦波逆变器指定. 它通常表示为输出电压的总波形失真, 其值不应超过 5% (l0% 单相输出). 因为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, 如果逆变器的波形失真过大, 会导致负载元件严重发热, 不利于用电设备安全，严重影响系统运行效率.

3. 额定输出频率

如包含电机负载, 比如洗衣机, 冰箱, 等等, 由于其最佳工作点频率 50 赫兹电机, 频率过高或过低都会导致加热设备, 降低系统效率和使用寿命, 所以变频器的输出频率应该是一个比较稳定的值, 通常用于工频 50 赫兹, 正常工作条件下偏差应在正负l以内 %.

4. 负载功率因数

表示逆变器带感性或容性负载的容量. 正弦逆变器的负载功率因数为 0.7 ~ 0.9 评级为 0.9. 在负载功率一定的情况下, 如果逆变器的功率因数低, 所需逆变器的容量将增加, 一方面, 成本会增加, 并且光伏系统交​​流回路的视在功率增加, 回路电流增加, 损失势必会增加, 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, 以百分比表示. 一般来说, 光伏逆变器的标称效率是指纯电阻负载, 下的效率 80% 加载. 由于光伏系统的整体成本较高, 最大限度提高光伏逆变器效率，降低系统成本，提高光伏系统性价比. 购买壁炉时的注意事项, 主流逆变器的标称效率在 80% 和 95%, 小功率逆变器的效率要求不低于 85%. 在光伏系统的实际设计过程中, 不仅要选择高效的逆变器, 还要采取合理的系统配置，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)

表示变频器在规定负载功率因数范围内的额定输出电流. 部分逆变器产品给出额定输出容量, 以 VA 或 kVA 表示. 逆变器的额定容量是输出功率因数为时额定输出电流的乘积 1 (IE. 纯阻性负载).

7. 保护措施

一款性能不错的逆变器, 还应具备完善的保护功能或措施, 为了应对实际使用中的各种异常情况, 使逆变器本身和系统的其他部分免受损坏.

(1) 输入欠压保险

当输入电压低于 85% 额定电压, 逆变器应保护和显示.

(2) 输入过压保护器

当输入电压高于 130% 额定电压, 逆变器应保护和显示.

(3) 过流保护

逆变器过流保护, 应能保证负载短路或电流超过允许值时及时动作, 以免被浪涌电流损坏. 当工作电流超过 150% 的额定, 逆变器应能自动保护.

(4) 输出短路保险

逆变器短路保护动作时间不超过0.5s.

(5) 输入反接保护

当输入正确时, 负极已连接, 逆变器应有保护功能和显示.

(6) 防雷保护

逆变器必须防雷.

(7) 过温保护, 等等.

此外, 无电压稳定措施的逆变器, 逆变器还应输出过压保护措施, 为了使负载免受过压损坏.

8. 启动特性

表征逆变器带载启动能力和动态运行性能. 应保证变频器在额定负载下可靠启动.

9. 噪音

变形金刚, 滤波电感, 电力电子设备中的电磁开关和风扇都会产生噪声. 变频器正常运行时, 其噪音不应超过80dB, 小型逆变器噪声不超过65dB.

选择技术

变频器的选择, 首先要考虑足够的额定容量, 为了满足最大负载设备对电力的要求. 对于以单台设备为负载的逆变器, 额定容量的选择比较简单.

当用电设备为纯阻性负载或功率因数大于 0.9, 逆变器的额定容量为 1.1 至 1.15 电气设备容量的倍数. 同时, 逆变器还应具备抗容性和感性负载冲击的能力.

一般感性负载, 比如电机, 冰箱, 冷气机, 洗衣机, 大功率水泵, 等等, 开始时, 它的瞬时功率可能是 5 ~ 6 其额定功率的倍数, 此时, 逆变器会承受较大的瞬时浪涌. 对于这种系统, 逆变器的额定容量应有足够的余量，以保证负载能够可靠启动. 高性能逆变器可多次满载连续启动，不损坏功率器件. 为了自己的安全, 小型逆变器有时需要采用软启动或限流启动.

安装注意事项与维护

1. 安装前, 检查逆变器在运输过程中是否有损坏.

2, 在选择安装地点时, 应确保周围没有其他电力电子设备的干扰.

3. 电气连接前, 务必使用不透明材料覆盖光伏板或断开直流侧断路器. 暴露在阳光下, 光伏阵列会产生危险电压.

4. 所有安装操作只能由专业技术人员完成.

5, 光伏系统发电系统中使用的电缆必须连接牢固, 良好的绝缘性和适当的规格.

发展趋势

用于太阳能逆变器, 提高电源转换效率是一个永恒的话题, 但当系统效率越来越高时, 几乎接近 100%, 随着价格的降低，将进一步提高效率, 所以, 如何保持高效率, 并能保持良好的价格竞争力是当前重要课题.

与努力提高逆变器效率相比, 如何提高整个逆变器系统的效率正逐渐成为太阳能系统的另一个重要课题. 在太阳能阵列中, 当出现局部 2~3% 区域的阴影时, 用于使用逆变器的 MPPT 功能, 此时系统输出功率不好甚至会出现 20% 功率下降! 为了更好地适应这样的情况对于单个或部分太阳能组件, 使用一对一的 MPPT 或多个 MPPT 控制功能是一种非常有效的方法.

因为逆变器系统连接到电网, 系统泄漏到地面会造成严重的安全问题. 此外, 提高系统效率, 太阳能电池板多用于高直流输出电压的串联. 所以, 由于电极之间出现异常情况, 容易产生直流电弧. 因为直流电压高, 电弧很难熄灭, 而且很容易引起火灾. 随着太阳能逆变器系统的广泛使用, 系统安全将成为逆变器技术的重要组成部分.

此外, 电力系统正迎来智能电网技术的快速发展和普及. 大量太阳能等新能源电力系统并网, 这对智能电网系统的稳定性提出了新的技术挑战. 设计一个可以更快的逆变器系统, 精准智能兼容智能电网将成为未来太阳能逆变器系统的必要条件.

一般来说, 逆变器技术的发展是随着电力电子技术的发展而发展起来的, 微电子技术与现代控制理论. 随着时间的推移, 逆变器技术向更高频率发展, 更大的力量, 更高的效率和更小的体积.