光伏离网逆变器原理

光伏发电逆变器工作原理

1. 光伏发电系统中，逆变器的核心功能是实现直流电到交流电的转换。

2. 逆变器的核心部件是逆变开关电路，该电路通过电力电子开关的导通与关断完成能量转换。

3. 电力电子开关的通断受驱动脉冲控制，这些脉冲通常由控制电路或控制回路产生和调节。

4. 光伏发电用逆变器具有高转换效率、快速启动和良好的安全性能，并提供短路、过载、过/欠电压和超温等多种保护功能。

5. 除了基础的直交流变换功能，逆变器还具备最大化太阳能电池性能和系统故障保护等附加功能。

6. 逆变器的功能包括自动运行和停机、最大功率跟踪控制、防止单独运行（并网系统）、自动电压调整（并网系统）、直流检测（并网系统）以及直流接地检测（并网系统）。

7. 选择离网型光伏发电系统逆变器时，应确保其具有足够的输出容量和负载能力，高电压稳定性能，以及在各种负载下具有高效率或较高效率。

8. 逆变器还应具备良好的过电流保护与短路保护功能，以确保系统的稳定和安全运行。

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什么是光伏逆变器

1. 光伏逆变器定义

光伏逆变器是一种电力转换设备，它将光伏发电系统产生的直流电转换为交流电，以便于并入电网或供离网系统使用。这种设备确保了太阳能电力可以与传统的交流电力系统兼容。

2. 类型与分类

根据用途，逆变器分为独立供电系统和并网系统用两种。按照输出波形，它们可以分为方波、阶梯波、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。并网逆变器根据是否包含变压器分为两类：带变压器和无变压器型。

3. 结构与原理

逆变器由半导体器件构成，主要用于将直流电转换为交流电。它由升压回路和逆变桥式回路组成。升压回路将太阳能电池的电压提升至所需水平；逆变桥式回路将直流电压转换为交流电压。晶体管等开关元件通过规律性的开关动作实现这一过程。高频脉宽调制（SPWM）技术用于改善输出波形，使其更接近正弦波。

4. 元器件构成

逆变器的关键元件包括电流传感器、电流互感器和电抗器。电流传感器需要高精度和快速响应，而电流互感器用于测量较大范围的电流。电抗器用于调节电流和电压。

5. 功能

光伏逆变器具有自动运行和停机功能，能够根据太阳能电池组件的输出自动调节。最大功率跟踪控制（MPPT）功能确保系统始终在最大功率点运行，从而最大化太阳能电池的输出。

6. 选购指南

选购光伏逆变器时，需考虑功率、关键技术指标、认证标准和品牌服务。功率应与太阳能电池方阵的最大功率相匹配。关键指标包括输入输出电压范围、效率、MPPT功能及其效率、保护功能和输出电流波形畸变率。认证标准确保设备符合销售目的地的安全、电磁兼容和并网要求。选择知名品牌可以确保技术支持和售后服务。

光伏逆变器什么是光伏逆变器 光伏逆变器原理和作用

光伏逆变器是将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电的装置，用于并网或离网系统。它在太阳能发电系统中扮演着重要角色，是系统平衡组件之一。

光伏逆变器根据用途分为独立型和并网型，依据波形调制方式可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。并网逆变器又分为变压器型和无变压器型。

逆变器结构包括升压回路和逆变桥式回路，升压回路将直流电压升至逆变器输出所需的电压，逆变桥式回路将升压后的直流电压转换为交流电压。通过开关元件开-关控制，实现直流到交流的转换。通常采用高频脉宽调制（SPWM），形成接近正弦波的脉冲波列，通过滤波器最终形成正弦波。

逆变器的核心元器件包括电流传感器、电流互感器和电抗器。电流传感器要求高精度、快速响应，耐温范围宽。电流互感器用于测量电流，输出信号为0-5A。电抗器用于滤波和稳定电流。

逆变器具有自动运行和停机功能，根据太阳辐射强度和温度变化自动调整工作点，确保最大功率输出。最大功率跟踪控制功能让系统始终处于最佳工作状态，获取最大功率输出。

选购逆变器时需考虑功率匹配、关键技术指标如输入输出电压范围、效率、最大功率跟踪效率、保护功能和输出电流畸变率。同时，选择具有安规认证、电磁兼容认证和各国并网认证的产品。

建议选择口碑较好的品牌，因其通常在技术和服务上有较大投资，能满足客户的需求。

光伏逆变器的工作原理

逆变器是将交流电能转换为直流电能的关键设备，其工作原理与分类详解如下：

逆变器分为整流与逆变两大功能。整流过程将交流电能转化为直流电能，而逆变过程则将直流电能转换为交流电能。逆变器按照输出交流电能的频率，分为工频、中频和高频逆变器；按输出相数分为单相、三相和多相逆变器；按输出电能去向分为有源和无源逆变器；按主电路形式分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变器；按主开关器件类型分为晶闸管、晶体管、场效应管和绝缘栅双极晶体管逆变器等。

逆变器的基本结构包括逆变电路、控制电路、保护电路、输出电路、输入电路等。其中，逆变电路的核心是通过电力电子开关的导通与关断实现逆变功能。控制电路产生和调节驱动脉冲，确保逆变电路稳定运行。保护电路、输出电路和输入电路则为逆变器提供安全稳定的运行环境。

全控型逆变器工作原理通常使用单相输出的全桥逆变主电路，交流元件采用IGBT管。通过PWM脉宽调制控制IGBT管的导通或截止，实现电流的流动。当电路接上直流电源后，通过导通与截止的交替变化，电流在变压器初级线圈中形成正负交变方波，利用高频PWM控制，两对IGBT管交替重复，在变压器上产生交流电压，最终通过LC交流滤波器形成正弦波交流电压输出。当IGBT管关断时，通过并联二级管释放储存能量，以保证电路稳定运行。

半控型逆变器采用晶闸管元件。通过交替触发晶闸管，电流在变压器初级交替流动，形成交流电。电感限制换向电容的放电电流，延长放电时间，保证电路关断时间大于晶闸管的关断时间。二极管用于释放电感中的能量，完成能量反馈作用。

逆变器主要技术性能包括额定输出电压、输出电压的不平衡度、输出电压的波形失真度、额定输出频率、负载功率因数、额定输出电流（或额定输出容量）、额定输出效率、过电压保护、过电流保护、起动特性和噪声等。在实际应用中，应根据逆变器使用场合和负载特点，选择合适的技术性能指标。例如，离网型光伏发电系统逆变器在选用时应注意具有足够的额定输出容量、良好的电压稳定性能、高效率或较高效率、良好的过电流保护与短路保护功能以及维护方便性等。

在使用逆变器时，需严格按照说明书要求进行设备连接和安装，确保线路安全可靠。操作过程中应注意输入电压正常，开关机顺序正确，并检查报警停机原因。维护检修时，定期检查接线牢固性，风扇、功率模块、端子及接地情况。操作人员应经过专门培训，具备故障排除能力，对于不易解决的问题应及时通知生产厂家。

离网光伏发电系统的组成是什么?

离网型光伏发电系统组成：

典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图所示。

光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统必须使用到蓄电池储能，而并网型则不一定需要。

控制系统对光伏阵列的输出电压和电流进行实时采样，判断光伏发电系统是否工作在最大功率点上，然后根据跟踪算法，改变PWM信号的占空比，进而控制光伏阵列的输出电压使其工作点向最大功率点逼近。在蓄电池过充过放控制模块中，当蓄电池电压充电或放电到一定的设定值后，就会自动关闭或打开。

光伏阵列组件

光伏发电系统利用以光电效应原理制成的光伏阵列组件将太阳能直接转换为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为20~25mA/cm2，将光伏电池单体进行串、并联封装后，就成了光伏电池阵列组件。

当受到光线照射的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建立起端电压，这时太阳能电池的工作情况可以用下图所示的太阳能电池负载特性曲线来表示。它表明在确定的日照强度和温度下，光伏电池的输出电压和输出电流以及输出功率之间的关系，简称I-V特性和P-V特性。从图中可以看出，光伏发电系统的特性曲线具有强烈的非线性，既非恒压源也非恒流源。从其P-V特性曲线可以看出，在日照强度一定的前提下，其输出功率近似于一个开口向下的抛物线。该抛物线顶点对应的功率即为该日照强度下的P-V曲线的最大功率点，对应的电压称为最大功率点电压。为了提高光伏发电系统的转化效率，就必须使系统保持运行在P-V曲线最大功率点附近。

光伏电池阵列的几个重要技术参数：

1）短路电流（Isc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电流。

2）开路电压（Voc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电压。

3）最大功率点电流（Im）：在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流。

4）最大功率点电压（Um）：在给定日照和温度下相应于最大功率点的电压。

5）最大功率点功率（Pm）：在给定日照和温度下太阳能电池阵列可能输出的最大功率。

DC-DC转换器

光伏电池板发出的电能是随着天气、温度、负载等变化而不断变化的直流电能，其发出的电能的质量和性能很差，很难直接供给负载使用。需要使用电力电子器件构成的转换器，也就是DC-DC转换器，将该电能进行适当的控制和变换，变成适合负载使用的电能供给负载或者电网。电力电子转换器的基本作用是把一个固定的电能转换成另一种形式的电能进行输出，从而满足不同负载的要求。它是光伏发电系统的关键组成成分，一般具备有几种功能：最大功率点追踪、蓄电池充电、PID自动控制、直流电的升压或降压以及逆变。

DC-DC转换器输出电压和输入电压的关系通过控制开关的通断时间来实现的，这个控制信号可以由PWM信号来完成。主要工作原理是保持通断周期（T）不变，调节开关的导通持续时间来控制电压。D为PWM信号的占空比。

根据输入和输出的不同形式，可将电力电子转换器分为四类，即AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器和AC-AC转换器。在离网型光伏发电系统中采用的是DC-DC转换器。

DC-DC转换器，其工作原理是通过调节控制开关，将一种持续的直流电压转换成另一种（固定或可调）的直流电压，其中二极管起续流的作用，LC电路用来滤波。DC-DC转换电路可以分为很多种，从工作方式的角度来看，可以分为：升压式、降压式、升降压式和库克式等。

降压式转换器（BuckConverter）是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流转换器；升降压式变换器（Buck-BoostConverter）转换电路的主要架构由PWM控制器与一个变压器或两个独立电感组合而成，可产生稳定的输出电压。当输入电压高于目标电压时，转换电路进行降压；当输入电压下降至低于目标电压时，系统可以调整工作周期，使转换电路进行升压动作；而升压式转换器（BoostConverter）是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流转换器，所用的电力电子器件及元件和Buck转换器相同，两者的区别仅仅是电路拓扑结构不同。

蓄电池

在独立运行的光伏发电系统中，储能装置是必不可少的。现在可选的储能方法有很多，如电容器储能、飞轮储能、超导储能等，但是从方便、可靠、价格等综合因素来考虑，大多数大中型的光伏发电系统都使用了免维护式的铅酸蓄电池作为系统的储能装置。

但选用铅酸蓄电池也有不足之处，它比较昂贵，初期投资能够占到整个发电系统的1/4到1/2，而蓄电池又是整个系统中较薄弱的环节，因此如果管理不当，会使蓄电池提前失效，增加整个系统的运营成本。

光伏控制模块

光伏控制模块以单片机为控制中心，为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效地为蓄电池充电。并在它充电过程中减少蓄电池的损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命，同时保护蓄电池免受过充电和过放电的危害。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于受天气等外界因素的影响，太阳电池阵列发出的直流电的电压和电流不是很稳定），同时也通过控制传感器电路（光控、声控等）来实现全自动开关灯功能。

单片机的主要工作是将电流采集电路和电压采集电路采集到的电流、电压进行运算比较，然后通过MPPT算法来调节PWM的占空比D，使光伏阵列组件工作在最大功率点处。

离网型逆变器

住宅用的离网型光伏发电系统因为部分负载是交流负载，因此还需要离网型逆变器，把光伏组件发出的直流电变成交流电给交流负载使用。光伏离网型逆变器与光伏并网型逆变器在主电路结构上没有较大区别，主要区别在光伏并网型逆变器需要考虑并网后与电网的运行安全。也就是同频;同相;抗孤岛等控制特殊情况的能力。而光伏离网型逆变器就不需要考虑这些因数。

为了提高离网型光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，逆变器的性能指标非常重要。

离网型光伏发电系统的应用：

离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。

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