发布时间:2025-01-12 09:20:31 人气:
光伏知识必备│光伏逆变器的电路结构、原理及故障处理
逆变器是光伏系统中的核心部件,负责将光伏板产生的直流电转换为交流电以供电网使用或直接接入负载。其电路结构主要包括输入电路、输出电路、主逆变开关电路、控制电路、辅助电路、保护电路等关键部分。
输入电路提供给逆变器稳定的直流工作电压,确保逆变电路的正常运行。
主逆变电路是逆变器的中心,通过电力电子开关的导通与关断,实现直流电到交流电的转换。根据隔离方式的不同,主逆变电路分为隔离式和非隔离式两种。
输出电路则对主逆变电路输出的交流电进行修正、补偿和调理,以达到符合电网标准的高质量交流电。
控制电路产生一系列控制脉冲,控制逆变开关器件的导通与关断,配合主逆变电路完成逆变功能。
辅助电路将输入电压转换为适合控制电路工作的直流电压,内部包含各种检测电路,确保逆变器稳定运行。
保护电路则针对逆变器的运行安全进行监控,包括输入过欠压保护、输出过欠压保护、过流保护、短路保护、孤岛保护等,确保逆变器在异常情况下的安全。
逆变器将直流电转换为交流电的过程可以通过半导体功率开关器件在控制电路的作用下以极快的速度进行,实现直流电切断,转换为交流电。
三相并网型逆变器电路原理主要由主电路和微处理器电路两部分组成。主电路负责DC-DC-AC变换和逆变过程,微处理器电路则完成系统并网的控制过程,确保逆变器输出的交流电压值、波形、相位等维持在规定的范围内。
在华为逆变器的常见故障处理方面,针对绝缘阻抗低、母线电压低、漏电流故障、直流过压保护、逆变器开机无响应、电网故障等问题,采用排除法逐步检测,找出问题所在并进行针对性处理。例如,针对绝缘阻抗低的问题,可通过检测直流接头是否有水浸短接支架或者烧熔短接支架,以及检查组件本身是否在边缘地方有黑斑烧毁导致组件通过边框漏电到地网。针对电网故障,需提前勘察电网健康情况,与逆变器厂商沟通,确保项目设计在合理范围内,避免出现电压过高或过低,过/欠频等问题,通过正确选择并网并严抓电站建设质量,以解决电网相关问题。
光伏逆变器结构与工作原理
光伏逆变器是一种电力调整装置,主要功能是将直流电力转换为交流电力,以满足电网需求。其核心结构包括升压回路和逆变桥式回路,升压回路负责将太阳能电池产生的直流电压提升到逆变器输出所需的电压水平,而逆变桥式回路则通过转换将升压后的直流电压等效为常见的交流电压。
逆变器主要由晶体管等开关元件构成,通过有规律地交替开闭(ON-OFF),将直流输入转换为交流输出。然而,单纯地通过开闭产生的逆变器输出波形并不实用。因此,通常采用高频脉宽调制(SPWM)技术,该技术能够调整电压宽度,形成更接近正弦波的脉冲波列。随后,通过简单的滤波器将脉冲波转换为正弦波,从而获得平稳的交流输出。
在逆变器的元器件构成中,电流传感器扮演着关键角色。其主要任务是对逆变器中的电流进行实时监测,以确保系统稳定运行。不同功率级别的逆变器通常采用不同类型的电流传感器。例如,在500KW逆变器中,JCE1005-FS电流传感器被用于检测电流;而在1MW逆变器中,JCE2005-FS电流传感器则被选用。这些传感器需要具备高精度、快速响应、耐受极端环境条件等特性。国内有部分厂家使用开环电流传感器替代传统闭环电流传感器,以降低成本,如JCE1000-AXS、JCE1500-AXS、JCE2000-AXS等型号的传感器。
除了电流传感器之外,电流互感器也是逆变器中的重要组件。它用于测量逆变器的电流,通常采用BRS系列电流互感器,能够适应从几百到几千安培的电流范围,并将信号输出至0-5A的标准范围。这些互感器的设计确保了逆变器能够准确监测并响应电流变化,从而维持系统的稳定性和效率。
电抗器在逆变器中扮演着滤波和电压调节的角色,它们能够帮助稳定电压,减少电流波动,提高逆变器的效率和可靠性。电抗器通过限制电流的突变,帮助逆变器更好地控制输出电压,确保输出电流平稳,满足电网和负载的需求。
扩展资料
逆变器又称电源调整器,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二种。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。
光伏漫谈4- 逆变器拓扑结构
光伏逆变器作为光伏发电核心设备,其设计与应用根据不同功率需求与场景,采用的电路拓扑结构存在显著差异。主要拓扑结构包括工频隔离、高频隔离、非隔离以及特殊的组串式逆变器NPC拓扑等。
工频隔离逆变器采用工频50Hz变压器实现功率传输,结构相对简单,由整流桥、滤波和工频变压器组成,但受限于体积较大的变压器,实际应用中较少使用。
高频隔离逆变器在微型逆变器中较为常见,为了保障人体安全,需要在交流与直流侧隔离。此拓扑结构采用高频隔离,可显著减小体积。三种常用拓扑结构包括昱能的250W微型逆变器、禾迈MI-700的交错反激拓扑以及不含直流母线串联谐振的拓扑。前两种拓扑在高压电容使用、控制复杂度和效率上有所差异,后者则无需高压电容,但需要增加低压大电容,控制简单,适合小功率应用。
非隔离逆变器通过直接将光伏输入升压至工频信号,进而实现组串式逆变,相比隔离型,此类逆变器效率更高、成本更低,但存在零点偏移、直流分量等问题。为解决此类问题,可以采用交流或直流旁路方式隔断DC分量。专利H5技术通过5个开关管实现了直流旁路逆变器,通过交替控制实现完整的正弦输出。
组串式逆变器中,NPC三电平逆变器因其效率高、谐波小而广受青睐。I型NPC结构正负半周期由不同的IGBT承担开关损耗,ANPC结构则通过在每个IGBT旁并联IGBT来平衡内(Q2和Q3)外(Q1和前)管之间的损耗。T型三电平拓扑则通过减少开关损耗,提高效率,但需要IGBT耐压达到母线电压的两倍,适用于低压系统或高压功率管应用。
随着功率器件特性和耐压的提升,某些拓扑结构的竞争力增强。同时,学术研究的深入与功率器件的变化将催生更多逆变器拓扑,进一步提升应用效率,降低体积和成本。技术发展将持续推动逆变器拓扑的创新与优化。
光伏逆变器由哪些元件组成,以及其工作原理?
光伏逆变器是将太阳能光伏电池板产生的直流电转换为交流电的关键设备。它由多个元件组成,主要包括:
整流器(Rectifier): 这个部分将光伏电池板输出的直流电转换为可调变频的直流电。通常使用二极管整流桥来实现。
中间直流电容器: 用于存储电能,以平滑直流电压波动。
逆变器(Inverter): 这是光伏逆变器的核心部分。逆变器将中间直流电容器存储的直流电转换为交流电。它使用一组开关器件(通常是晶体管或功率MOSFET)来控制电流的方向和幅值。
输出滤波器: 用于减小逆变器输出的交流电中的高频噪声。
控制电路: 这部分负责监测光伏电池板的输出并调整逆变器的工作以确保最佳性能。
光伏逆变器的工作原理如下:
直流输入: 光伏逆变器首先接收来自光伏电池板的直流输入。
整流: 直流电通过整流器进行处理,转换为可调变频的直流电。
中间直流电容器: 中间直流电容器用于存储电能,平滑直流电压波动,确保输出的直流电稳定。
逆变: 中间直流电容器的电能被逆变器转换为交流电。逆变器通过控制开关器件的状态来改变电流的方向和幅值,生成输出的交流电。
输出滤波: 为了减小输出交流电中的高频噪声,通常会使用输出滤波器进行处理。
控制: 控制电路监测光伏电池板的输出,并根据需要调整逆变器的工作,以确保最大的能量转换效率。
光伏漫谈4-逆变器拓扑结构
在光伏系统中,逆变器的精致设计宛如艺术与科技的融合。逆变器的拓扑结构多种多样,例如NPC三电平、多级全桥、工频/高频隔离与非隔离等,每种结构都承载着独特的使命和优势。工频隔离虽然结构简单,但其变压器体积较大,适合大型应用;而微型逆变器如昱能和禾迈,常采用高频隔离技术,小巧灵活,效率卓越。
在效率方面,非隔离的挑战与解决方案:无直流母线的串联谐振逆变器,以其高效性,成为小功率应用的理想选择。然而,2电平结构的非隔离逆变器虽然效率高,但可能存在直流分量问题。聪明的设计师们如SMA,通过创新的H5专利技术,引入双模式BOOST,巧妙地解决了这一难题。
组串式NPC的革新与发展:特别是I型NPC、ANPC和T型,它们在工商和户用系统中大放异彩。I型NPC通过调整Q2和Q3的导通策略,降低了IGBT的耐压要求;ANPC则通过IGBT平衡耐压,实现更均衡的设计;而T型拓扑则兼顾开关损耗,特别适合低压应用场景。
前沿科技的应用:TI的ANPC和T型拓扑,借助GaN和SIC MOSFET的先进器件,展示了在高电压领域的无限可能。然而,拓扑选择并非一成不变,它取决于功率需求、器件特性以及成本效益的权衡。
随着技术的不断进步,我们期待看到更多优化的拓扑设计,它们将在提升效率和降低成本的道路上走得更远。在2023年10月22日的创新浪潮中,逆变器的拓扑演变仍将持续,为我们的绿色能源世界带来更多惊喜。让我们共同期待,未来逆变器的每一次创新,都是为了更好地拥抱太阳能的馈赠。
光伏逆变器的电路结构、原理及故障处理!
光伏逆变器的基本电路构成主要包括输入电路、输出电路、主逆变开关电路、控制电路、辅助电路和保护电路。输入电路为逆变电路提供稳定直流电压。主逆变电路是核心,通过电力电子开关的控制实现直流电转换为交流电的功能,分为隔离式和非隔离式。输出电路则负责修正、补偿和调理主逆变电路输出的交流电波形、频率、电压和电流。控制电路提供一系列控制脉冲,配合主逆变电路完成逆变过程。辅助电路将输入电压转换为适合控制电路工作的直流电压,并包含检测电路。保护电路则对输入和输出进行过欠压、过流、短路和孤岛保护。
逆变器的转换过程通过半导体功率开关器件在控制电路的作用下完成,以极快的速度开关,将直流电转换为交流电。三相并网型逆变器电路原理主要是电流源型逆变器,其电路分为主电路和微处理器电路两个部分,主电路负责DC-DC-AC变换和逆变过程,而微处理器电路则负责系统并网控制,实现交流电压值、波形、相位等维持在规定范围内,完成电压、相位实时监测、电流相位反馈控制、光伏方阵最大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生。
华为逆变器的常见故障处理包括绝缘阻抗低、母线电压低和漏电流故障。对于绝缘阻抗低,通过排除法找到问题组串,检查直流接头是否有水浸短接支架或烧熔短接支架,以及组件边缘是否烧毁导致通过边框漏电。对于母线电压低,应区分早/晚时段的正常情况,对于其他时段的异常问题,则通过排除法检测。漏电流故障根本原因在于安装质量问题,可能由低质量的直流接头、组件、安装高度不合格或进水漏电引起。通过在洒粉中找出问题点并做好绝缘工作,或更换材料解决问题。
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