第5章 光伏控制器及逆變器

1、第5章 光伏控制器及逆變器5.1 控制器太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，接收太陽光并將太陽光轉(zhuǎn)換成電能的裝置是太陽電池，但將太陽光轉(zhuǎn)換成電能時由于天氣原因或其他因素的影響，太陽電池的輸出電流并不是很穩(wěn)定。直接供負(fù)載使用將使負(fù)載非常不穩(wěn)定，甚至?xí)?dǎo)致負(fù)載不能使用以及燒毀的情況。因此在太陽電池組件將光能轉(zhuǎn)換成電能后，讓電能經(jīng)過蓄電池和充放電控制器以及其他電力部件后供負(fù)載使用。獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用時，白天日照充足太陽電池組件產(chǎn)生電能過剩，蓄電池儲存多余的電能。夜間或陰雨天沒有太陽光時，要靠蓄電池貯存和調(diào)節(jié)電能來供負(fù)載合理使用，以達到充

2、放電的平衡，從而使系統(tǒng)效率最大加以利用。充放電控制器是太陽能獨立光伏系統(tǒng)中至關(guān)重要的部件，其主要功能是對獨立光伏系統(tǒng)中的儲能元件蓄電池進行充放電控制，以免蓄電池在使用過程中出現(xiàn)過充或過放的現(xiàn)象，影響蓄電池壽命，從而提髙系統(tǒng)的可靠性。本節(jié)主要介紹充、放電控制器工作原理以及控制器的設(shè)計及選型。5.1.1控制器的工作原理在獨立光伏系統(tǒng)中，為了能讓系統(tǒng)正常運行，蓄電池是不可缺少的部件。控制器主要是為了避免蓄電池在充放電過程中出現(xiàn)過充或過放的情況而設(shè)計的控制部件，它能使蓄電池工作在最佳狀態(tài)。由于太陽電池組件隨太陽光的變化而變化較大，導(dǎo)致控制器的輸入能量不穩(wěn)定，所以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充放電控制比其他應(yīng)

3、用領(lǐng)域的控制要復(fù)雜一些。根據(jù)鉛酸蓄電池的充放電特性如圖5.1可知，在對蓄電池充電過程中，當(dāng)蓄電池端電壓升至D點電壓時，就標(biāo)志著蓄電池已充滿，應(yīng)切斷充電開關(guān)線路。所以光伏控制器應(yīng)有檢測電壓部件，能隨時檢測蓄電池的端電壓；檢測到蓄電池端電壓后控制器中應(yīng)設(shè)有比較電路，與電壓比較器中設(shè)置的相當(dāng)于D點電壓（可稱為“門限電壓”或“電壓閾”） 比較，如果端電壓達到閾值電壓時，表示應(yīng)結(jié)束蓄電池充電過程。在此應(yīng)要注意的是蓄電池在充電期間，其電解液溫度會升高，由于蓄電池電壓的溫度效應(yīng)，所以此時的閾值電壓應(yīng)根據(jù)檢測到的溫度而設(shè)定相關(guān)的補償電壓。同理，從蓄電池的放電特性如圖5.2可知，在電壓達到G點電壓時，就意味著蓄

4、電池放電過程終止。所以同樣在光伏控制器中設(shè)置電壓檢測電路和電壓比較電路，通過測試G點電壓來決定是否斷開蓄電池放電線路，從而結(jié)束蓄電池放電過程。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)實際需求的不同，控制器復(fù)雜程度也不相同?？刂破骺梢杂上鄬唵蔚谋容^電路組成，也可由單片機或DSP處理器來控制，但不管控制器由什么組成，其基本原理都相同。從蓄電池充放電原理和控制過程可以分析，光伏充放電控制器的基本原理圖如圖5.3所示：充放電控制器主要由控制電路、開關(guān)元件和其他基本電子元件組成。開關(guān)元件包括充電開關(guān)、放電開關(guān)，充電開關(guān)用來切斷或接通太陽電池組件和蓄電池，使太陽電池組件對蓄電池進行充電或避免蓄電池過充；

5、放電開關(guān)用來切斷或接通蓄電池和用電負(fù)載，使系統(tǒng)電壓供負(fù)載使用或避免蓄電池過放。此處講的充放電開關(guān)實際上是一個廣義上的開關(guān)元件，它可以是一個繼電器、三極管等元件，也可以是MOS管、晶閘管或是機械等類型的元件，用來切斷或接通輸電線路的元件?？刂破骺刂齐娐凡糠质钦麄€光伏控制器的核心，控制電路部分一方面需提供控制電路所需的穩(wěn)壓電路，以穩(wěn)定供給控制電路部分集成電路所需的電壓，以保證集成電路正常工作；同時還需要檢測蓄電池的端電壓，根據(jù)蓄電池端電壓與閾值電壓的比較來決定是否切斷或接通充電開關(guān)和放電開關(guān)，保證系統(tǒng)的正常運行。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求不同，控制電路也不同，如最簡單的太陽能草坪燈上的控制電路就是用幾

6、支三極管、電阻、電容以及電感等分立元件組成的充放電電路；較復(fù)雜的如PHOCOS公司生產(chǎn)的PL系列太陽能光伏控制器，其控制電路由多個微控制器和外圍電路組成，可以檢測溫度、時間、充電容量大小以及可以支持串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡裙δ?。除此外，還具有友好的人機顯示界面，用戶可由控制器的顯示界面直接觀察到控制器檢測到的相關(guān)信息。光伏控制器是太陽能光伏系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其性能的好壞會影響系統(tǒng)的運行。正確理解光伏控制器的工作原理能為設(shè)計控制器和光伏系統(tǒng)提供重要的信息。5.1.2控制器的分類及選購注意事項太陽能光伏控制器的種類很多，根據(jù)所控制的太陽電池組件的路數(shù)可分為單路型控制電路和多路型控制電路。單路型控制電路顧名

7、思義就是進行單路太陽能充電的控制，多路型控制電路是進行多路太陽能充電的控制電路。在設(shè)計光伏系統(tǒng)時需要對蓄電池的容量進行檢測以判斷是否應(yīng)繼續(xù)充電或放電。目前大部分光伏系統(tǒng)的充放電多采用單路階梯式充放電控制，或者多路階梯式充放電控制。其中單路階梯式充放電控制模式適用于中小功率的負(fù)載，大功率負(fù)載多采用多路階梯式充放電控制。單路階梯式充放電如圖5.4所示，此種充放電控制主要是通過控制器實現(xiàn)對蓄電池的充放電控制?？刂破髟诔潆娺^程中不斷地對蓄電池的端電壓進行監(jiān)測，當(dāng)蓄電池的端電壓大于某個限定值時，就視為已充滿，停止太陽電池向蓄電池充電。由于這種電路結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，目前應(yīng)用最為廣泛。多路階梯式充放電控制

8、器原理如圖5.5所示，其工作過程為，當(dāng)蓄電池充滿電時，控制電路將控制電子開關(guān)從電子開關(guān)1至電子開關(guān)N順序斷開相應(yīng)太陽電池組件。當(dāng)?shù)诼方M件斷開后，控制電路檢測蓄電池電壓是否低于設(shè)定值，若低于設(shè)定值，則控制電路等待；等到蓄電池電壓再次充到設(shè)定值，再斷開第二路太陽電池組件，類似第一路組件。相反的，蓄電池電壓低于恢復(fù)點電壓時，執(zhí)行相反過程，順序接通被斷開的太陽電池組件，直至陽光非常微弱時全部接通。圖中電子開關(guān)2為放電斷路開關(guān)，當(dāng)蓄電池容量低于設(shè)定的過放參數(shù)時，可以斷開電子開關(guān)2來斷開負(fù)載，以保證蓄電池不至于過放。蓄電池的電壓受很多因素的影響，如，溫度、濕度等，特別是在充電過程中，蓄電池的端電壓并不能很

9、好地反映其容量。階梯式充放電控制中蓄電池都與太陽電池直接相連，其端電壓受太陽電池端電壓制約，V0并不能準(zhǔn)確的反映蓄電池的容量。這突出表現(xiàn)為當(dāng)系統(tǒng)所處溫度較高時，由于太陽電池板和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴(yán)重，太陽電池板端電壓隨溫度升高而降低，而蓄電池端電壓則剛好相反，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻巳不能充入的現(xiàn)象（常稱之為“虛滿”）。這在很大程度上影響了蓄電池容量檢測的準(zhǔn)確性，進而阻礙了整個系統(tǒng)的正常工作，造成能源的極大浪費。階梯式充放電模式不能實現(xiàn)涓流充電，造成了能源的極大浪費，使得本來效率就不高的光伏系統(tǒng)性價比更低。這些問題可以通過相對高端智能型的太陽能光伏充放電控制器來改進效率。太陽能光伏控制

10、器根據(jù)控制電路的復(fù)雜程度不同，又可分為簡易型控制器和智能型控制器。簡易型控制器如最簡單的就是太陽能路燈或草坪燈控制器，其電路非常簡單。圖5.6為一款太陽能草坪燈電路圖。如圖所示，該電路圖中無任何集成電路器件，全部用分立元件構(gòu)成，但可以良好地控制太陽能草坪燈。其中BT1為太陽電池組件，R4光敏電阻，當(dāng)夜晚或無光照時呈現(xiàn)高阻特性，使VQ4通，從而使草坪燈發(fā)光。通過簡單的分立元件電路可實現(xiàn)草坪燈自動控制的功能。智能型光伏控制器可以根據(jù)光伏系統(tǒng)的實際需要來選擇智能化程度。目前市面上生產(chǎn)光伏控制器的公司比較多，如南京格海、合肥陽光、SokiOne等生產(chǎn)的控制器。其中性能較好的有PHOCOS公司生產(chǎn)的PL

11、系列光伏控制器，其性能良好，智能化程度較高。圖5.7所示為其原理框圖：由圖可見，其不但包括相關(guān)保護電路，還配備液晶顯示、串行數(shù)據(jù)接口等豐富外圍接口。光伏控制器按電路方式的不同還可分旁路型、串聯(lián)型、外觀調(diào)制型等，在此不一一加以介紹。目前市場上太陽能光伏控制器的種類繁多，其廠家生產(chǎn)的控制器接口及其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)各不相同，所以在光伏系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需求選擇相應(yīng)的控制器。當(dāng)設(shè)計規(guī)格難以滿足時，用戶也可以自行根據(jù)要求設(shè)計光伏控制器。太陽能光伏控制器的一個重要作用是充放電調(diào)節(jié)。各類光伏控制器的功能各不相同，但一般光伏控制器應(yīng)具有以下基本功能。1. 防止蓄電池過充2. 防止蓄電池過放3提供負(fù)載控制的

12、功能4. 光伏控制器工作狀態(tài)信息顯示5. 防雷功能6. 防反接功能這些功能在一般的光伏系統(tǒng)中都要用到，光伏控制器設(shè)計吋應(yīng)必須考慮到這些功能，設(shè)計時還可根據(jù)需求設(shè)計帶有數(shù)據(jù)傳輸接口或是信息化顯示或聯(lián)網(wǎng)控制等功能。國家為了規(guī)范光伏控制器市場，在國標(biāo)中規(guī)定了控制器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：1. 充滿斷開（HVD）和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池充滿時，要求控制器具有輸入充滿斷開和恢復(fù)接通的功能。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的蓄電池值為：12V；則充滿斷開和恢復(fù)連接電壓參考值：啟動型鉛酸電池充滿斷開為：15.0V15.2V；恢復(fù)連接為：13.7V。固定型鉛酸電池充滿斷開為：14.8V15.0V；恢復(fù)連接為：13.7V。密封型鉛酸電池充滿斷

13、開為：14.1V14.5V；恢復(fù)連接為：13.2V。2. 溫度補償：實際考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)環(huán)境及蓄電池的工作溫度特性，由于蓄電池在充電過程中，再化合反應(yīng)產(chǎn)生大量熱不易散出，就會導(dǎo)致電池溫升過高，電解液干涸，造成電池的熱失控。所以光伏控制器應(yīng)具備溫度補償功能，溫度補償功能主要是在不同的工作環(huán)境溫度下，對蓄電池設(shè)置更為合理的充電電壓，防止過充電或欠充電狀態(tài)而造成電池充放電容量過早下降甚至過早報廢。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了溫度系數(shù)在-37mV/。3. 空載損耗（靜態(tài)電流）光伏控制器生產(chǎn)后其內(nèi)阻為定值為了降低控制器的損耗，提髙光伏電源的轉(zhuǎn)換效率，控制器的靜態(tài)電流應(yīng)盡量低。所以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了控制器最大自身耗電不應(yīng)超過其額

14、定充電電流的1%。4. 充、放電回路電壓降為了降低控制器的損耗，還應(yīng)對控制器充電或放電的電壓降提出要求。在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了控制器充電或放電的電壓降不應(yīng)超過系統(tǒng)額定電壓的5%。對選購控制器的相關(guān)技術(shù)要求，可用相應(yīng)方法對參數(shù)進行檢測。在對控制器充滿斷開和恢復(fù)功能進行檢測中，對開關(guān)型控制器和脈沖調(diào)制型控制器的檢測方法有所區(qū)別，因為脈沖調(diào)制型開關(guān)控制器在充電回路中沒有特定的恢復(fù)點。開關(guān)型控制器檢測方法如圖5.8所示，用直流穩(wěn)壓電壓接到蓄電池接線端，用來模擬蓄電池電壓。調(diào)整穩(wěn)壓電源電壓到充滿點電壓時，控制器應(yīng)能斷開充電回路；當(dāng)降低直流穩(wěn)壓電源電壓到恢復(fù)點電壓時，控制器又能自動接通充電回路，說明控制器充滿斷開

15、和恢復(fù)功能無故障。脈寬調(diào)制型控制器檢測方法如圖5.9所示，用直流電源代替太陽電池方陣經(jīng)過控制器給蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電壓向充滿點電壓變化時，充電電流應(yīng)慢慢變小直至最后接近為零（此時蓄電池電壓達到充滿值）。當(dāng)蓄電池放電后電壓由充滿點下降時，充電電流應(yīng)逐漸增大。對溫度補償測試相對較為簡單，只需將溫度傳感器放入恒溫箱內(nèi)，充滿斷開點隨溫度的變化而改變，將其變化規(guī)律作出一條曲線，該曲線的斜率應(yīng)符合溫度系統(tǒng)每節(jié)電池-37mV/的要求。欠壓斷開和恢復(fù)功能測試如圖5.10所示，將直流穩(wěn)壓電源接到控制器中蓄電池的輸入端，模擬蓄電池的端電壓。將可變電阻接到負(fù)載端來模擬用電負(fù)載。將放電回路的電流調(diào)到額定值，然后將直

16、流電源的電壓調(diào)至欠壓斷開電壓點，控制器應(yīng)能自動斷開負(fù)載； 將電壓回調(diào)至恢復(fù)點，控制器應(yīng)能再次接通負(fù)載。如果是帶欠壓鎖定功能的控制器，當(dāng)直流輸入電壓達到欠壓恢復(fù)點之上?？刂破鲝?fù)位后應(yīng)能接通負(fù)載?？蛰d損耗的測試方法為斷開太陽能輸入和負(fù)載輸出，并將直流電源接在控制器的蓄電池接線端，當(dāng)發(fā)光二極管不工作時，測量控制器的輸入電流，其值應(yīng)不大于額定充電電流的1%左右。調(diào)節(jié)控制器充電回路電流至額定值，測量控制器充電回路的電壓降，其電壓值應(yīng)不超過系統(tǒng)額定電壓的5%。同理調(diào)節(jié)放電回路電流至額定值，測量控制器中放電回路的電壓降，其值不超過系統(tǒng)電壓的5%。5.2 逆變器在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于太陽電池在陽光照射下

17、產(chǎn)生的是直流電源，雖然目前在獨立光伏系統(tǒng)中對部分直流負(fù)載可以直接使用，然而以直流形式直接供電的形式存在很大的局限性，家庭使用和工業(yè)使用的絕大部分電器都屬于交流設(shè)備，如電燈、電視機、電風(fēng)扇、空調(diào)以及各類電力動力裝置等。在光伏系統(tǒng)中要使用這些交流負(fù)載，就必須先在負(fù)載前加入將直流電(DC，direct current)轉(zhuǎn)變成交流電（AC，alternating current）的電力變換裝置。在電力電子中，將交流轉(zhuǎn)成直流的裝置稱為整流裝置，而將直流電轉(zhuǎn)變成交流電的變流裝置是整流的逆向過程，故將其稱之為逆變器。光伏并網(wǎng)發(fā)電不需要使用蓄電池，且其維護相對較為簡單，成本也遠小于獨立光伏系統(tǒng)，以后將要成為太

18、陽能光伏發(fā)電的主要形式，而逆變器在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是必不可少的部件，逆變器在光伏發(fā)電市場中將會發(fā)揮越來越重要的作用。對光伏發(fā)電系統(tǒng)不管是離網(wǎng)光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)都可能會使用逆變器，如圖5.11為并網(wǎng)光伏電系統(tǒng)中逆變器應(yīng)用示意圖，圖5.12為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器示意圖。逆變器在電力電子技術(shù)中發(fā)展已較為成熟。逆變器早在20世紀(jì)40年代就由美國西屋電氣公司研制出第一臺逆變器，至今已有60余年歷史了，逆變器的電路也逐漸由晶閘管、電力晶體管、場效應(yīng)管等分立元件發(fā)展到8位微處理器、16位單片機以及到今天的32 位DSP器件，使得先進的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊邏輯控制等技術(shù)在

19、逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。一般認(rèn)為逆變技術(shù)的發(fā)展分為兩個階段： 即傳統(tǒng)發(fā)展階段和髙頻化技術(shù)發(fā)展階段。傳統(tǒng)化發(fā)展階段為19561980年期間，開關(guān)器件以低速器件為主，逆變器的開關(guān)效率較低、波形改善以多重疊加法為主、體積較大、重量較高，此時正弦波逆變器開始出現(xiàn)；高頻化技術(shù)發(fā)展階段為1980年發(fā)展到現(xiàn)在，逆變器中開關(guān)器件主要為高速器件為主、逆變器開關(guān)頻率較高、波形改善以PWM為主、體積重量向小型化發(fā)展；發(fā)展到現(xiàn)在逆變效率一般都比較高，正弦波逆變技術(shù)日益完善。以后逆變技術(shù)正向著高頻率、大功率、高效率、體積小、重量輕的方向發(fā)展。逆變器有著廣泛的用途，它可用于各類交通工具，如汽車、各類艦船以及飛行器，在太

20、陽能及風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域，逆變器有著不可替代的作用。5.2.1逆變器的工作原理逆變器在電力電子技術(shù)中發(fā)展較為成熟，隨著近年來電子技術(shù)的發(fā)展，其電路結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。逆變器根據(jù)不同分類可分為多種形式的逆變器,不同種類的逆變器具體的工作原理各不相同，但其基本的工作過程是相同的。都是使用具有開關(guān)特性的功率器件，通過一定的邏輯開關(guān)控制，由主控電路周期性地對功率器件不斷地發(fā)出開關(guān)控制信號，從而使直流電源變成交變信號，再經(jīng)過變壓器耦合升(或降)壓、整形得到所需要的交流電源。如圖5.13是DCAC逆變電路，下面就以此來說明逆變器工作過程。如圖所示，E為輸入直流電壓，R為逆變器所接純電阻性負(fù)載，K1、K2、K

21、3、K4為電子開關(guān)。當(dāng)開關(guān)K1、K3接通而K2、K4斷開時，電流流經(jīng)Kl、R和K3，負(fù)載上的電壓極性為左邊為正，右邊為負(fù)。同樣的，當(dāng)K2和K4接通，而K1和K3斷開時，電流流經(jīng)K2、R和K4，負(fù)載上的電壓極性為左負(fù)右正。若兩組開關(guān)K1、K3和K2、K4以一定頻率f交替變換通斷時，在負(fù)載上便得到一定交變頻率的交流電壓,其電壓波形圖如5.13圖中b 所示。因為圖中逆變時只是開關(guān)信號而沒有對其波形進行修正，所以逆變以后的波形為矩形波。在實際使用過程中，逆變器還需加上其他附屬電路來進行波形修正和升壓。圖中開關(guān)K1、K2、K3、K4是形式上的電子開關(guān)，可以是半導(dǎo)體電子開關(guān)，如功率晶體管、場效應(yīng)管等，也可

22、以是機械開關(guān)。圖5.13(a)所示只是逆變器的逆變原理示意圖，在實際逆變器電路中一般還需加入其他電路來構(gòu)成完整的逆變器電路。如圖5.14所示為一款較為簡單的逆變器電子線路圖。其中圖中BG1、BG2、BG3、BG4充當(dāng)電子開關(guān)，用來切斷和接通，使其產(chǎn)生交變頻率的電壓，BG5和DW為簡單的穩(wěn)壓電路，通過BG6和BG7再通過變壓器B來升壓成所需的220V交流電壓。5.14圖所示只是一款較為簡單的逆變器電路圖，目前大部分使用的逆變器中一般都會使用微處理器來實行對逆變器的智能化控制，且會加上良好的人機交互界面便于使用。在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中，逆變器一般除了逆變電路和控制電路以外，一般備有保護電路、輔助電路

23、、輸入電路和輸出電路，以此構(gòu)成一個完整的逆變器，完整的逆變器模型圖如圖5.15所示：逆變主電路一般輸入的是直流電壓，因為光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池方陣產(chǎn)生的直流電，所以在輸入電路中應(yīng)當(dāng)包含相關(guān)的濾波電路和EM1電路等。輸出電路一般也包含輸出濾波和EM電路，以減小逆變電路產(chǎn)生的波紋對負(fù)載產(chǎn)生的影響?？刂齐娐返淖饔檬钱a(chǎn)生一系統(tǒng)控制脈沖來控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，和逆變電路一起來完成逆變功能。原理圖中輔助電路的功能是將逆變器輸入電壓轉(zhuǎn)換成控制電路所需的直流工作電壓，一般是一個或幾個DC-DC轉(zhuǎn)換電路。保護電路主要包括輸入（輸出）輸出過壓和欠壓保護、過載保護、過流和短路保護電路以及過熱保護等。此外，逆

24、變器原理框圖中最重要的就是逆變主電路。逆變主電路是由逆變功率開關(guān)等器件組成的轉(zhuǎn)換電路，一般分為隔離式和非隔離式兩大類。整個這幾大部分構(gòu)成一個完整的逆變器電路，實際電路將是由各種電子元件組成，如逆變主電路一般由功率開關(guān)器件組成，控制電路一般由微處理器或DSP器件組成，以實現(xiàn)智能化控制逆變器。在光伏系統(tǒng)逆變器電路中，主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多數(shù)采用的是三級電路結(jié)構(gòu)，DC -AC-DC-AC，除此之外,還可使用單級結(jié)構(gòu)即DC-AC或兩級結(jié)構(gòu)DC-DC-AC。目前市面上商用的正弦波逆變器電路較多是DC- AC- DC- AC的三級電路結(jié)構(gòu)，其工作原理是首先將太陽電池方陣的直流低壓(如常用的12V、24V、48

25、V或更髙)通過高頻逆變?yōu)椴ㄐ螢榉讲ǖ慕涣麟?，通過升壓變壓器整流濾波后變?yōu)榇笥?10V以上的高壓直流電，然后經(jīng)過第三級DC-AC逆變?yōu)橄到y(tǒng)所需的220V或380V的工頻交流電，采用這種逆變結(jié)構(gòu)可得到較高的逆變效率。5.2.2逆變器的分類逆變器的分類方法很多，可以根據(jù)額定功率大小分類，也可以根據(jù)其輸出波形或其他分類進行分類：2.按逆變器額定功率分類，可以分為小型逆變器(額定功率小于500W)、中型逆變器 （額定功率大于lkW，小于10kW）、大型逆變器（額定功率大于10kW，小于l00kW）和超大型逆變器（額定功率大于l00kw）。2.按逆變器輸出波形分類，可以分為方波輸出逆變器（其交流電壓輸出波

26、形為方波）、階梯波輸出逆變器（其交流輸出電壓波形為階梯形）、正弦波輸出逆變器（其交流電壓輸出波形為正弦波）等。3.按逆變器相數(shù)分類，可以分為單相逆變器、三相逆變器以及多相逆變器等。4.按逆變器輸出交流電的頻率分類，可以分為工頻逆變器（頻率為50Hz60Hz）、中頻逆變器（交流電頻率為幾百Hz至10kHz）和高頻逆變器（10kHz至MHz）。5.按逆變器穩(wěn)定輸出參數(shù)分類，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器。6.按逆變器主電路結(jié)構(gòu)分類，可以分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變器。7.按逆變技術(shù)控制方式分類，可以分為調(diào)頻式（PFM）逆變器和脈寬調(diào)制（PWM）逆變器。8.按太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電方式

27、不同，可以分為離網(wǎng)型逆變器和并網(wǎng)型逆變器。9.按照逆變器中主要開關(guān)器件類型分類，可以分為晶閘管或可控硅SCR逆變器、大功率晶體管逆變器（GTR）、大功率晶閘管逆變器（GTO）、場效應(yīng)管逆變器（VMOSFET）、絕緣門極雙晶體管（IGBT）等。5.2.3逆變器重要技術(shù)指標(biāo)為了對逆變器性能有一個較好的理解，必須熟悉逆變器的幾個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。逆變器的重要指標(biāo)有：1.逆變效率逆變效率是恒量逆變器性能的一個重要參數(shù)，逆變效率值用來表征其自身損耗功率的大小，通常以來表示。逆變器中逆變效率直接關(guān)系到系統(tǒng)效率，如果逆變器逆變效率過低，將嚴(yán)重導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽電池方陣的轉(zhuǎn)換效率目前一

28、般不超過18%,且太陽電池的成本較高，如果想提高2%3%轉(zhuǎn)換效率非常困難，但提高逆變器逆變效率3%5%卻是完全可能的。逆變器效率的髙低是逆變器性能好壞的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，對光伏發(fā)電系統(tǒng)提高發(fā)電量和降低發(fā)電成本有著重要影響。2.額定輸出容量額定輸出容量是用來表征逆變器向負(fù)載供電的能力。額定輸出容量值高，則逆變器帶負(fù)載能力越強。額定輸出容量值只是針對純電阻性負(fù)載的一個參考，如果逆變器所帶的負(fù)載不為純阻性時，逆變器帶負(fù)載能力將小于給出的額定輸出容量值。3.輸出電壓穩(wěn)定度輸出電壓穩(wěn)定度是指逆變器輸出電壓的穩(wěn)定能力。逆變器中一般會給出輸入直流電壓在允許波動范圍內(nèi)逆變器輸出電壓的偏差(通常稱為電壓調(diào)整率），高

29、性能的逆變器般還會給出負(fù)載0%變化100%時，逆變器輸出電壓的電壓偏差（通常稱為負(fù)載調(diào)整率）。標(biāo)稱電壓通常指的是開路輸出電壓.也就是不接任何負(fù)載，沒有電流輸出的電壓值。獨立太陽能光伏系統(tǒng)中，蓄電池端電壓在充放電時電壓波動很大，鉛酸蓄電池電壓波動可達標(biāo)稱電壓30%左右，所以逆變器要有良好的輸出電壓穩(wěn)定度，才能保證系統(tǒng)在較大直流輸入范圍內(nèi)工作。4.可靠性太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行中，逆變器可靠性是影響系統(tǒng)可靠性的主要因素之一。因為光伏發(fā)電系統(tǒng)一般工作在比較偏遠的艱苦地方，維護不方便，逆變器必須是可靠的。其可靠性要求逆變器具有良好的保護功能，包括逆變器中的過流保護和短路保護功能。在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行時

30、，由于負(fù)載故障、人為誤操怍和外界干擾等原因，引起供電系統(tǒng)電流過大或短路等情況是極有可能發(fā)生的，要提高可靠性，必須要求逆變器要有相關(guān)的保護功能。5.啟動性能啟動性能是指逆變器帶負(fù)載啟動的能力和動態(tài)工作的性能。逆變器在額定負(fù)載下應(yīng)能保證其正常啟動。一般電阻性負(fù)載工作時，逆變器啟動性能較好。但如果是電感性負(fù)載，如電動機、冰箱、空調(diào)或大功率水泵啟動時，功率可能是額定功率的幾倍以上。通常感性負(fù)載啟動時，逆變器將承受較大的浪涌功率。故逆變器的啟動性能要求在感性或其他負(fù)載啟動時,逆變器內(nèi)部器件能承受多次滿負(fù)荷啟動而不致使功率器件損壞。6.諧波失真度當(dāng)逆變器輸出電壓波形為正弦波時或修正波時，除了基波外還含有諧

31、波分量，通常將諧波分量在輸出電壓總波形中的比例稱為諧波失真度。高次諧波電流會在電感性負(fù)載上產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致器件嚴(yán)重發(fā)熱，嚴(yán)重的會損壞電氣設(shè)備。一般逆變器會注明其諧波失真度。方波逆變器的諧波失真約為40%，一般只適合于純阻性負(fù)載；修正波逆變器的諧波失真小于20%左右,適合于大部分負(fù)載；而正弦波逆變器的諧波失真較小，能適用于所有的交流用電負(fù)載。5.2.4逆變器選型注意事項逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，所以對逆變器有較高的要求，在選用逆變器時應(yīng)要注意其技術(shù)規(guī)格是否滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。首先要確定幾個基本參數(shù)：逆變器輸入直流電壓范圍，一般太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中用直流12V、24V、48V或110V電壓；額定輸出電壓，是市電系統(tǒng)的220V或三相380V電壓；輸出電壓波形，是方波輸出、階梯波輸出或正弦波電壓。在選購逆變器進行光伏系統(tǒng)設(shè)計時，要注意以下幾點：1.要選用較高效率的逆變器。如選用大功率逆變器，確保其在滿載工作時，效率必須達到90%或95%或更大；中小型功率的逆變器滿負(fù)荷工作時也要確保逆變器效率在 85%或90%以上。逆變器效率的高低將直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計成本與效率。2.選用的逆變器要有較寬的直流電壓輸人范圍。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽電池方陣的端電壓是根據(jù)日照情況而變化的，雖然蓄電池對太