模块二 情境五 离网逆变器

  （2）离网逆变器自身功耗 • 离网逆变器的自身功耗是决定 系统效率的最重要的条件。逆变 器自身功耗是恒定不变的。国 标要求逆变器自身功耗不允许 超过额定功率的3%。国产逆变 器没有待机模式，也就是说国 产逆变器24h产生自身功耗。

  （3）负载对逆变器的影响 • 逆变器的逆变效率是随着负载 变化而变化的，选择时可考虑 负载长时间工作点对应的逆变 器效率，以及负载波动非常大， 户用小负荷输出时（长时间运行） 逆变器效率。

  （4）其他考虑的因素 • 蓄电池的精确放电管理，管理 柴油机或外部电网的接入以及 负载的优先级管理等等。 •

  • 完整的光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、 逆变器、控制器、负载组成。其中逆变器主电路 包括DC/DC电路、DC/AC电路、滤波电路和隔离变 压器。 • 控制器控制电路一般都会采用DSP作为主控单元，其中 还包括逆变器的SPWM信号发生、闭环控制和最 大功率点跟踪电路。如图2-48所示。

  • • • • • （1）离网逆变器功率选择原则 离网逆变器功率选择原则主要从以下几方面考虑： 1）负载连续工作时最大负荷要考虑负载功率因数； 2）对电感负载要考虑启动瞬间负载上限功率； 3）逆变器额定功率要超过连续工作时最大负载值 的15%～20%，来防止负载增加造成的功率不足。 同时逆变器还应提供合适的过载能力，国产逆变 器的过载能力是150%，不超过2秒。进口逆变器 的过载能力是250%到300%，不超过5秒。

  • 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同 一台集中型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，同时使用数字信号处理技术（Digital Signal Process，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(装机容量10kW)的系统中。 •

  • 组串型逆变器是基于模块化概念基础上实 现的，已成为现在国际市场上最流行的逆 变器方式，每个光伏组件串（1～5kWp）通 过一个逆变器，在直流端具有上限功率点 跟踪功能，在交流端并联并网。 •

  • 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 一块不能良好的工作，则只有这一块受到 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加高，发电量更大。

  • 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 于上限功率点，系统始终从太阳电池 组件获取上限功率输出，这种控制就 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是包括了 上限功率点跟踪这一功能。

  • 由图2-54能够准确的看出，当太阳能电池工作于最大功 率点电压Vmax左侧时，输出功率随电池端电压的 上升而增加；当太阳能电池工作于上限功率点电 压Vmax右侧时，输出功率随电池端电压的上升而 减少。

  • 单相电压型逆变器主要分为推挽式、半桥和全桥逆变电路 三种。这三种方式根据其不同的特点应用于不同的场合。 • 推挽式逆变电路的主电路简单，如图2-51所示。但是开关 管需要承受2倍的线路峰值电压，所以适合于低输入电压 的场合应用。同时变压器存在偏磁现象，初级绕组有中心 抽头，流过的电流有效值和铜损较大，初级绕阻两部分应 紧密耦合，绕制工艺复杂。 •

  1.重点理解离网逆变器，为什么是离网？ 2.了解离网逆变器的种类？你能说出中国目前几 种流行的逆变器厂家吗？ 3.掌握离网逆变器的工作原理？ 4.掌握离网逆变器的选型？

  1. 逆变器概述 • 电子技术中交流电能变换成直 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。 •

  • 根据逆变器在光伏发电系统中的 用途可分为独立型电源用和并网 用两种。根据波形调制方式又可 分为方波逆变器、阶梯波逆变器、 正弦波逆变器和组合式三相逆变 器。对于用于并网系统的逆变器， 根据有无变压器又可分为变压器 型逆变器和无变压器型逆变器。

  • 半桥式逆变器在电路中所使用的功率开关晶体管 的耐压要求较低，晶体管的饱和压降也减少到最 小，对其输入滤波电容使用电压的要求也较低。 不存在直流偏磁问题，可以广泛应用于数百瓦～ 数千瓦的开关电源中。 •

  • 全桥式逆变电路既保持了半桥式逆变电路的电压性质又兼 有推挽式的电流性质。在逆变电路中，采用相同电压、电 流容量的开关器件时，全桥式逆变电路可以达到上限功率 输出，因此该电路常用于中大功率电源中，它具有较好的 逆变输出波形。 •

  • 恒压跟踪法（CVT）MPPT，根据如图2-55所示原理得出， 当温度一定时,不同光强下太阳能电池板的上限功率点几乎 落在同一根垂直线的两侧邻近,这就有可能把上限功率线近 似地看成电压V为常数的一根垂直线,使光伏电池板工作于 某一个固定的电压，即图中垂直线为恒压跟踪线，虚线 A~E为最大跟踪点线。恒压跟踪法是一种近似上限功率的 跟踪方法。

  • 电导增量法通过比较太阳能电池板的电导增量和 瞬间电导来输出控制信号。由太阳能电池的P-U曲 线可知，利用一阶导数求极值的方法，即 对P=UI求全导数，可得 • • 两边同时除以，可得 • • 令，可得 •

  • 光伏阵列温度的变化、负载情况的变化以及 光伏阵列输出特性的非线性特征，使用模糊 逻辑控制（Fuzzy logic control）办法来进行控制， 能够得到比较理想的效果。 • 使用模糊逻辑办法来进行光伏系统的MPPT控制， 具备比较好的动态特性和精度，在光伏并网发 电领域具有较为广阔的应用前景，但是基于 模糊逻辑操控方法的光伏发电系统的MPPT控 制器通常通过DSP芯片实现，由于成本比较高 的原因，并不适用于小型的独立光伏发电系 统。

  • 逆变装置的核心是逆变开关电路，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。其简单原理图如图 2-49所示。 • 其工作原理如下： • · S1、S4闭合，S2、S3断开，输出uo为正，反之，S1、S4断 开，S2、S3闭合，输出uo为负，这样就把直流电变换成交 流电。 • · 改变两组开关的切换频率，能改变输出交流电的频率。 • · 电阻性负载时，电流和电压的波形频率、初相位相同。电 感性负载时，电流和电压的波形的初相位不相同，电流滞 后电压一定的角度。

  • 光伏逆变器一般由升压回路和逆变桥式回 路构成。升压回路把太阳电池的直流电压 升压到逆变器输出控制所需的直流电压； 逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价 地转换成常用频率的交流电压。逆变器主 要由晶体管等开关元件构成，通过有规则 地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直 流输入变成交流输出。

  • 干扰观测法是通过将太阳能电池板的 输出功率和上次的相比较来确定增加 或减少太阳能电池板工作电压来实现 MPPT。设在某一时刻t1，太阳能电池 板的输出功率为P1，处理器输出信号 使太阳能电池板工作电压增大ΔV，一 段时间Δt后，在时刻t2（t2=t1Δt）检 测到太阳能电池板的输出功率为P2。