光伏逆變器的結構原理及其分類

　　逆變器又稱電源調整器，根據逆變器在光伏發電系統中的用途可分為獨立型電源用和併網用二種。根據波形調製方式又可分為方波逆變器、階梯波逆變器、正弦波逆變器和組合式三相逆變器。對於用於併網系統的逆變器，根據有無變壓器又可分為變壓器型逆變器和無變變壓器型逆變器。

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　　通常，把將交流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，把實現整流過程的裝置稱為整流設備或整流器。與之相對應，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實現逆變過程的裝置稱為逆變設備或逆變器。如上所述，逆變器有多種類型，因此在選擇機種和容量時需特別注意。尤其在太陽能發電系統中，逆變器效率的高低是決定太陽能電池容量和蓄電池容量大小的重要因素。。

　　光伏逆變器工作原理

　　逆變器是一種由半導體器件組成的電力調整裝置，主要用於把直流電力轉換成交流電力。一般由升壓迴路和逆變橋式迴路構成。升壓迴路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓;逆變橋式迴路則把升壓後的直流電壓等價地轉換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由電晶體等開關元件構成，通過有規則地讓開關元件重複開-關（ON-OFF），使直流輸入變成交流輸出。當然，這樣單純地由開和關迴路產生的逆變器輸出波形並不實用。一般需要採用高頻脈寬調製（SPWM），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，並在半周期內始終讓開關元件按一定頻率朝一方向動作，這樣形成一個脈衝波列（擬正弦波）。然後讓脈衝波通過簡單的濾波器形成正弦波。

　　

　　1、電流傳感器

　　光伏逆變器一般採用霍爾電流傳感器來進行電流採樣，從小功率到大功率所採用的電流傳感器形式不一，列舉一些例子如下：

　　

　　100KW：檢測電流是300A左右，一般都會採用JCE308-TS7電流傳感器

　　250KW：檢測電流是500A左右，一般都會採用JCE508-TS6電流傳感器

　　500KW：檢測電流是1000A左右，一般會採用JCE1005-FS電流傳感器

　　1MW：檢測電流是2000A左右，一般會採用JCE2005-FS電流傳感器

　　對於電流傳感器要求精度高、響應時間快，而且耐低溫、高溫等環境要求

　　2、電流互感器

　　一般採用BRS系列電流互感器，從幾百到幾千A不等，輸出信號一般採用0-5A為標準

　　3、電抗器

　　

　　光伏逆變器的分類

　　光伏逆變器有多種不同的分類方式，根據用途的不同可分為獨立型電源用逆變器和獨立型併網用逆變器（根據變壓器的有無，獨立型併網用逆變器還可分為變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器）。根據波形調製方式的不同可分為方波型逆變器、階梯型逆變器、正弦波型逆變器和組合型三相逆變器。

　　1.方波逆變器

　　此逆變器輸出的電壓波形為方波，逆變器線路簡單，價格便宜，實現較為容易。缺點是方波電壓中含有大量的高次諧波成分，在負載中會產生附加的損耗，並對通信等設備產生較大的幹擾，需要外加額外的濾波器。此類逆變器多見於早期，設計功率不超過幾百瓦的小容量逆變器。

　　2.階梯波逆變器

　　階梯波逆變器輸出的電壓波形為階梯波形，階梯波逆變器的優點是輸出波形接近正弦波，比方波有明顯的改善，高次諧波含量減少。當階梯波的階梯達到16個以上f付，輸出的波形為準正弦波，整機效率較高。但此逆變器往往需要多組直流電源供電，需要的功率開關管也較多，給光伏陣列分組和蓄電池分組帶來不便。

　　3.正弦波PWM逆變器

　　正弦波逆變器的優點是輸出波形基本為正弦波，在負載中只有很少的諧波損耗，對通信設備幹擾小，整機效率高。缺點是設備複雜、價格高。隨著電力電子技術的進步，脈寬調製技術的普及，大容量PWM型正弦波逆變器逐漸成為逆變器的主流產品。以典型的單相全橋式逆變器為例，四個對角的開關功率管以每個對角線的二個開關管為一組，依次導通和關斷，在負載二端就產生交替的正負電壓，形成交流輸出。當此交替導通的頻率與負載所需的交流頻率相同時，其輸出的電壓就為方波電壓。當開關管以比逆變交流輸出電壓高許多的頻率開關，且每次開關的脈寬按照正弦波的幅值調製時，就變成了正弦波脈寬調製輸出的逆變器，加濾波器後其輸出的電壓波形就是正弦波輸出逆變器。

　　PWM型逆變器廣泛使用功率場效應管（Power MOSFET）、絕緣柵雙極型電晶體

　　（IGBT）、可關斷型晶閘管（GTO）等作為開關管，而控制部分使用專用型PWM開關集成電路以及帶有PWM輸出的DSP和單片機晶片。構成一臺實用型逆變器需要主功率電路、控制電路和輔助電路（如保護、測量和監控等）。其逆變過程為：光伏陣列或蓄電池輸出的直流電進人逆變器直流母線，經開關電路（如橋式電路）將直流電變成正反方向輸出的、脈寬為正弦調製的交流脈衝波，此脈寬調製的交流電壓經濾波電路變成正弦交流電壓輸出，如需要升壓則外接升壓變壓器，再經輸電線路將交流電力送往負載。PWM調製輸出信號頻率稱作逆變器的調製頻率或開關頻率，它一般是逆變器輸出交流基波頻率的十幾倍、幾十倍到上百倍。典型的逆變器交流輸出頻率為50Hz，逆變器開關頻率可以兒百到兒十千赫。PWM調製的開關頻率愈高，則逆變器輸出波形諧波愈小，但開關過程帶來的功率損耗則愈大，要權衡選取開關管PWM調製的開關頻率。

　　逆變器輸出所接的濾波器通常為低通濾波器，由電感器和電容器構成T型低通濾波形式。濾波器的設計要考慮濾波能力也要考慮可能帶來的電磁諧振。逆變器按輸出類型，又分為電壓型逆變器和電流型逆變器。

　　4.變頗器

　　變頻器是由三相整流器、電壓源的無源逆變器和控制器構成，由於光伏發電系統所發電力為直流的特殊性，光伏變頻器不需要三相整流器，而直接將變頻器的直流母線接到光伏發電系統的直流母線上。鑑於光伏電力受光照的自然環境影響較大，直流母線一般要加蓄電池來穩定變頻器的運行;在變頻器控制端子要加弱電控制信號，不停地調節變頻器的設定頻率，改變變頻器輸出功率，以達到與光伏陣列最大功率點跟蹤的目的。變頻器作為可調節性負載要與光伏陣列的MPPT聯合控制，在光伏發電系統中，電動機類動力性負荷儘量配合使用變頻器，以減少電動機啟動電流的衝擊，並可以靈活調節電動機負荷。

　　

　　逆變器作為光伏發電的重要組成部分，主要的作用是將光伏組件發出的直流電轉變成交流電。目前，市面上常見的逆變器主要分為集中式逆變器與組串式逆變器，還有新潮的集散式逆變器。

　　1、集中式逆變器

　　集中式逆變器顧名思義是將光伏組件產生的直流電匯總轉變為交流電後進行升壓、併網。因此，逆變器的功率都相對較大。光伏電站中一般採用500kW以上的集中式逆變器。

　　集中式逆變器的優點如下：

　　（1）功率大，數量少，便於管理；元器件少，穩定性好，便於維護；

　　（2）諧波含量少，電能質量高；保護功能齊全，安全性高；

　　（3）有功率因素調節功能和低電壓穿越功能，電網調節性好。

　　集中式逆變器存在如下問題：

　　（1）集中式逆變器MPPT電壓範圍較窄，不能監控到每一路組件的運行情況，因此不可能使每一路組件都處於最佳工作點，組件配置不靈活；

　　（2）集中式逆變器佔地面積大，需要專用的機房，安裝不靈活；

　　（3）自身耗電以及機房通風散熱耗電量大。

　　2、組串式逆變器

　　組串式逆變器顧名思義是將光伏組件產生的直流電直接轉變為交流電匯總後升壓、併網。因此，逆變器的功率都相對較小。光伏電站中一般採用50kW以下的組串式逆變器。

　　組串式逆變器優點：

　　（1）不受組串間模塊差異，和陰影遮擋的影響，同時減少光伏電池組件最佳工作點與逆變器不匹配的情況，最大程度增加了發電量；

　　（2）MPPT電壓範圍寬，組件配置更加靈活；在陰雨天，霧氣多的部區，發電時間長；

　　（3）體積較小，佔地面積小，無需專用機房，安裝靈活；

　　（4）自耗電低、故障影響小。

　　組串式逆變器存在問題：

　　（1）功率器件電氣間隙小，不適合高海拔地區；元器件較多，集成在一起，穩定性稍差；

　　（2）戶外型安裝，風吹日曬很容易導致外殼和散熱片老化；

　　（3）逆變器數量多，總故障率會升高，系統監控難度大；

　　（4）不帶隔離變壓器設計，電氣安全性稍差，不適合薄膜組件負極接地系統。

　　3、集散式逆變器

　　集散式逆變器是近兩年來新提出的一種逆變器形式，其主要特點是「集中逆變」和「分散MPPT跟蹤」。集散式逆變器是聚集了集中式逆變器和組串式逆變器兩種逆變器優點的產物，達到了「集中式逆變器的低成本，組串式逆變器的高發電量」。

　　集散式逆變器優點：

　　（1）與集中式對比，「分散MPPT跟蹤」減小了失配的機率，提升了發電量；

　　（2）與集中式及組串式對比，集散式逆變器具有升壓功能，降低了線損；

　　（3）與組串式對比，「集中逆變」在建設成本方面更具優勢。

　　集散式逆變器問題；

　　（1）工程經驗少。較前兩類而言，尚屬新形式，在工程項目方面的應用相對較少；

　　（2）安全性、穩定性以及高發電量等特性還需要經歷工程項目的檢驗；

　　（3）因為採用「集中逆變」，因此，佔地面積大，需專用機房的缺點也存在於集散式逆變器中。