光伏發(fā)電系統(tǒng)用逆變器的基本知識(shí)

通常，把將溝通電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路整流器溝通電能的過程稱為逆變逆變電路為逆變?cè)O(shè)備或逆變器?！玻校祝汀澈湍孀儼盐占夹g(shù)３大局部。逆變器的分類逆變器的種類很多，可依據(jù)不同的方法進(jìn)展分類。１．按逆變器輸出溝通電能的頻率分，可分為工頻逆變器、中頻逆器和高頻逆變器。工頻逆變器的頻率為５０～６０Ｈｚ４００Ｈｚ到十幾ｋＨｚ；高頻逆變器的頻率一般為十幾ｋＨｚ到ＭＨｚ。２．按逆變器輸出的相數(shù)分，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。３．依據(jù)逆變器輸出電能的去向分，可分為有源逆變器和無源逆變器。凡將逆變器輸負(fù)載的逆變器稱為無源逆變器。４．按逆變器主電路的形式分，可分為單端式逆變器，推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。５．按逆變器主開關(guān)器件的類型分，可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器、場效應(yīng)逆變器和絕緣柵雙極晶體管〔ＩＧＢＴ〕逆變器等。又可將其歸納為“半控型”逆變器和“全把握”逆變器兩大類。前者，不具備自關(guān)斷力氣，元器件在導(dǎo)通后即失去把握作用，故稱之為“半控型”一般晶閘管即屬于這一類；后者，則具有自關(guān)斷力氣，即無器件的導(dǎo)通和關(guān)斷均可由把握極加以把握，故稱之為“全控型”，電力場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙權(quán)晶體管〔ＩＧＢＴ〕等均屬于這一類。６．按直流電源分，可分為電壓源型逆變器〔ＶＳＩ〕和電流源型逆變器〔ＣＳＩ〕。前者，直流電壓近于恒定，輸出電壓為交變方波；后者，直流電流近于恒定，輸也電流為交變方波。７．按逆變器輸出電壓或電流的波形分，可分為正弦波輸出逆變器和非正弦波輸出逆變器。８．按逆變器把握方式分，可分為調(diào)頻式〔ＰＦＭ〕逆變器和調(diào)脈寬式〔ＰＷＭ〕逆變器。９．按逆變器開關(guān)電路工作方式分，可分為諧振式逆變器，定頻硬開關(guān)式逆變器和定頻軟開關(guān)式逆變器。１０．按逆變器換流方式分，可分為負(fù)載換流式逆變器和自換流式逆變器。逆變器的根本構(gòu)造逆變器的直接功能是將直流電能變換成為溝通電能逆變裝置的核心，是逆變開關(guān)電路，簡稱為逆變電路。該電路通過電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，來完成逆變的功能。電力電子開關(guān)器件的通外，還有保護(hù)電路、輸出電路、輸入電路、輸出電路等，如圖２所示。逆變器的工作原理１．全控型逆變器工作原理：圖３所示，為通常使用的單相輸出的全橋逆變主電路，圖中，溝通元件承受ＩＧＢＴ管Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４。并由ＰＷＭ脈寬調(diào)制把握ＩＧＢＴ管的導(dǎo)通或截止。當(dāng)逆變器電路接上直流電源后，先由Ｑ１１、Ｑ１４導(dǎo)通，Ｑ１、Ｑ１３截止，則電負(fù)極。當(dāng)Ｑ１１、Ｑ１４截止后，Ｑ１２、Ｑ１３導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)Ｑ１３、變壓器Ｃ溝通濾波器作用，使輸出端形成正弦波溝通電壓。當(dāng)Ｑ１１、Ｑ１４關(guān)斷時(shí)，為了釋放儲(chǔ)存能量，在ＩＧＢＴ處并聯(lián)二級(jí)管Ｄ１１、Ｄ１２，使能量返回到直流電源中去。２．半控型逆變器工作原理：半控型逆變器承受晶閘管元件。改進(jìn)型并聯(lián)逆變器的主電路如圖４所示。圖中，Ｔｈ１、Ｔｈ２為交替工作的晶閘管，設(shè)Ｔｈ１先觸發(fā)導(dǎo)通，則電流通過變壓器流經(jīng)Ｔｈ１電源電壓。按著Ｔｈ２Ｔｈ２的陽極加反向偏壓，Ｔｈ１截止，返回阻斷狀態(tài)。這樣，Ｔｈ１與Ｔｈ２換流，然后電容器Ｃ又反極性充電。如此交替觸發(fā)晶閘管，電流交替流向變壓器的初級(jí)，在變壓器的次級(jí)得到溝通電。在電路中，電感Ｌ可以限制換向電容Ｃ的放電電流，延長放電時(shí)間，保證電路關(guān)斷時(shí)電感Ｌ中的能量釋放，將換向剩余的能量送回電源，完成能量的反響作用。逆變器的主要技術(shù)性能及評(píng)價(jià)選用技術(shù)性能表征逆變器性能的根本參數(shù)與技術(shù)條件內(nèi)容很多，下面僅就評(píng)價(jià)時(shí)常用的參數(shù)做一簡要說明。１．額定輸出電壓在規(guī)定的輸入直流電壓允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，它表示逆變器應(yīng)能輸出的額定電壓值。對(duì)輸出額定電壓值的穩(wěn)定準(zhǔn)確度一般有如下規(guī)定：〔１〕或±５％。〔２〕在負(fù)載突變〔額定負(fù)載０％→５０％→１００％〕或有其他干擾因素影響的動(dòng)態(tài)狀況下，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過額定值的±８％或±１０％。２．輸出電壓的不平衡度在正常工作條件下，逆變器輸出的三相電壓不平衡度〔逆序重量對(duì)正序重量之比〕應(yīng)不超過一個(gè)規(guī)定值，一般以％表示，如５％或８％。３．輸出電壓的波形失真度當(dāng)逆變器輸出電壓為正弦度時(shí)，應(yīng)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，其值不應(yīng)超過５％〔單相輸出允許１０％〕。４．額定輸出頻率逆變器輸出溝通電壓的頻率應(yīng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，通常為工頻５０Ｈｚ。正常工作條件下其偏差應(yīng)在±１％以內(nèi)。５．負(fù)載功率因數(shù)～０．９〔滯后〕，額定值為０．９。６．額定輸出電流〔或額定輸出容量〕表示在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)范圍內(nèi)逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產(chǎn)品給出的是ｋＶＡ〔即純阻性負(fù)載〕時(shí)，額定輸出電壓為額定輸出電流的乘積。７．額定輸出效率逆變器的效率是在規(guī)定的工作條件下，其輸出功率對(duì)輸入功率之比，以％表示。逆變器在額定輸出容量下的效率為滿負(fù)荷效率，在１０％額定輸出容量的效率為低負(fù)荷效率。８．保護(hù)〔１〕過電壓保護(hù)：對(duì)于沒電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過電壓防護(hù)措施，以使負(fù)截免受輸出過電壓的損害。〔２〕過電流保護(hù)：逆變器的過電流保護(hù)，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過允許值時(shí)準(zhǔn)時(shí)動(dòng)作，使其免受浪涌電流的損傷。９．起動(dòng)特性表征逆變器帶負(fù)載起動(dòng)的力氣和動(dòng)態(tài)工作時(shí)的性能。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下牢靠起動(dòng)。１０．噪聲電力電子設(shè)備中的變壓器、濾波電感、電磁開關(guān)及風(fēng)扇等部件均會(huì)產(chǎn)生噪聲。逆變器正常運(yùn)行時(shí)，其噪聲應(yīng)不超過８０ｄＢ，小型逆變器的噪聲應(yīng)不超過６５ｄＢ。逆變器的主要技術(shù)性能及評(píng)價(jià)選用評(píng)價(jià)為正確選用光伏發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器，應(yīng)對(duì)逆變器的技術(shù)性能進(jìn)展評(píng)價(jià)。依據(jù)逆變器對(duì)離網(wǎng)型主要光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響和光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器性能的要求有如下幾項(xiàng)：１．額定輸出容量表征逆變器向負(fù)載供電的力氣。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。但的額定輸出容量值。２．輸出電壓穩(wěn)定度表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓力氣。多數(shù)逆變器產(chǎn)品給出的是輸入直流電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)該逆變器輸出電壓的偏差％，通常稱為電壓調(diào)整率。高性能的逆變器應(yīng)同時(shí)給出當(dāng)負(fù)載由０％→１００％變化時(shí)，３％，負(fù)載調(diào)整率應(yīng)≤±６％。３．整機(jī)效率表征逆變器自身功率損耗的大小，通常以％表示。容量較大的逆變器還應(yīng)給出滿負(fù)荷ｋＷ級(jí)以下逆變器的效率應(yīng)為８０％～８５％，１０ｋＷ級(jí)逆變器的效率應(yīng)為８５％～９０％本錢有重要影響。４．保護(hù)功能過電壓、過電流及短路保護(hù)是保證逆變器安全運(yùn)行的最根本措施。功能完善的正弦波逆變器還具有欠電壓保護(hù)、缺相保護(hù)及溫度越限報(bào)警等功能。５．起動(dòng)性能逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下牢靠起動(dòng)。高性能的逆變器可做到連續(xù)屢次滿負(fù)荷起動(dòng)而不損壞功率器件。小型逆變器為了自身安全，有時(shí)承受軟起動(dòng)或限流起動(dòng)。對(duì)于大功率光伏發(fā)電系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的波形失真度和噪聲水公正技術(shù)性能也格外重要。在選用離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器時(shí)，除依據(jù)上述５項(xiàng)根本評(píng)價(jià)內(nèi)容外，還應(yīng)留意以下幾點(diǎn)：〔１〕應(yīng)具有足夠的額定輸出容量和負(fù)載力氣。逆變器的選用，首先要考慮具有足夠純阻性負(fù)載的額定容量為電設(shè)備容量的１．１～１器容量的選取要考慮幾個(gè)用電設(shè)備同時(shí)工作的可能性，即“負(fù)載同時(shí)系數(shù)”?！玻病硲?yīng)具有較高的電壓穩(wěn)定性能。在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中均以蓄電池為儲(chǔ)能設(shè)備。當(dāng)標(biāo)稱電壓為１２Ｖ的蓄電池處于浮充電狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)以穩(wěn)定的溝通電壓供電?！玻场吃诟鞣N負(fù)載下具有高效率或較高效率。整機(jī)效率高是光伏發(fā)電用逆變器區(qū)分于通用型逆變器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。１０ｋＷ級(jí)的通用型逆變器實(shí)際效率只有７０％～８０％，將其用于光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)將帶來總發(fā)電量２０％～３０％的電能損耗ｋＷ級(jí)以下逆變器額定負(fù)荷效率≥８０％～８５％，低負(fù)荷效率≥６５％～７５％；１０ｋＷ級(jí)逆變器額定負(fù)荷效率≥８５％～９０％，低負(fù)荷效率≥７０％～８０％?！玻础硲?yīng)具有良好的過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能。光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，因負(fù)載故障、人員誤操作及外界干擾等緣由而引起的供電系統(tǒng)過電流或短路，是完全可能的。逆變器對(duì)外電路的過電電流及短路現(xiàn)象最為敏感，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在選用逆變器時(shí)，必需要求具備有良好的對(duì)過電流及短路的自我保護(hù)功能。〔５〕維護(hù)便利。高質(zhì)量的逆變器在運(yùn)行假設(shè)干年后，因元器件失效而消滅故障，應(yīng)屬于正常現(xiàn)象。除生產(chǎn)廠家需有良好的售后效勞系統(tǒng)外，還要求生產(chǎn)廠家在逆變器生產(chǎn)工藝、構(gòu)造及元器件選型方面具有良好的可維護(hù)性。例如，損壞元器件有充分的備件或簡潔買到，元器件的互換性好；在工藝構(gòu)造上，元器件簡潔拆裝，更換便利。這樣，即使逆變器消滅故障，也可快速恢復(fù)正常。光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的操作使用與維護(hù)檢修操作使用１．嚴(yán)格依據(jù)逆變器使用維護(hù)說明書的要求進(jìn)展設(shè)備的連接和安裝。在安裝時(shí)，應(yīng)認(rèn)真檢查：線徑是否符合要求；各部件及端子在運(yùn)輸中有否松動(dòng)；應(yīng)絕緣處是否絕緣良好；系統(tǒng)的接地是否符合規(guī)定。２．應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)逆變器使用維護(hù)說明書的規(guī)定操作使用。尤其是：在開機(jī)前要留意輸３．逆變器一般均有斷路、過電流、過電壓、過熱等工程的自動(dòng)保護(hù)，因此在發(fā)生這些現(xiàn)象時(shí)，無需人工停機(jī)；自動(dòng)保護(hù)的保護(hù)點(diǎn)，一般在出廠時(shí)已設(shè)定好，無需再行調(diào)整。４．逆變器機(jī)柜內(nèi)有高壓，操作人員一般不得翻開柜門，柜門尋常應(yīng)鎖死。５．在室溫超過３０℃時(shí)，應(yīng)實(shí)行散熱降溫措施，以防止設(shè)備發(fā)生故障，延長設(shè)備