光伏逆变器的设计原理.doc

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1、光伏逆变器的设计原理并网光伏逆变器的基本设计无论采用何种技术，逆变器的基本设计都很明确，且非常相似。其核心就是将直流电压(光伏组件)转换成交流电压(可并网)的过程。在转变的过程中，不停地转换直流电的正负极连接，从而形成方向变化的交流电。所以，逆变器的关键部件是桥接开关(晶体管元件，见图1：a))，这个开关桥的一侧连接输入的直流电源，在另一侧连接交流电网。在工作过程中，只有两个相对的开关可以同时关闭。 如果将此开关桥的开关速度设置成与电网频率相同，则在理论上可以将桥的输出侧与电网连接。但是，由于这样输出的电流是方波，且强度没有变化，因此需要在输出端安装一个具有铁芯的电感器，用以将输出电流

2、控制成为正弦波形状。桥的断开采用脉冲过程进行，从而形成与脉冲相关的较小电流分量。这样的电流分量可以对电感器的电流进行控制。脉冲的频率一般为20KHz，这样就完全可以形成50Hz的电流，见图1：b)。 对于光伏逆变器来说，还有一个非常重要的设备不能遗漏：输入端的电容器，见图1：c)。电容器的作用是储存电能，确保来自发电侧的电流持续一致供给桥接开关，并通过与电网频率同步变化的桥进入电网。只有在输入电容器的容量足够大的情况下，才能够保证光伏发电系统的持续、正常运行。图1：光伏逆变器的基本设计  图2描述了可用于直接并网的逆变器的基本功能。但在实际应用中，输入电压的范围具有一定的局限性。对于并

3、网发电应用，其输入电压必须在任何时刻都高于电网的峰值电压。当电网电压的有效值为250V时，达到正常并网要求的发电源侧的最低电压应为354V。与标准逆变器的基本设计不同，直接并网逆变器有很多方法来调整或提升输入电压范围。常用的逆变器技术方案与结构都各不相同：图2：最常用的逆变器电路图表一览 上面提到的逆变器拓朴结构不仅在电气隔离方面不同，在可达到的效率、对电压的依赖性等方面也各不相同。因此，没有统一的公式来界定何种逆变器设计是最优秀的设计，用户必须要考虑到具体使用的逆变器特性。  无隔离变压器光伏逆变器的技术关键目前，只要光伏发电站设计合理，完全可以经济运行。直接并入电网的无变压器型逆变

4、器因为其低成本、高效率而日益受到重视。但是，该技术仍然被认为是“有问题的”。这一点将在下面进行检验和说明。 变压器将电能转化成磁能，再将磁能转化成电能。在输入与输出端之间安装的电气隔离装置导致的能量损失可达到1%，甚至高达2%。因此，无变压器型逆变器的运行效率要比变压器型逆变器高。这种技术还有很多其它的优点，例如材料消耗少、重量轻等。总而言之，无变压器型逆变器相对体积较小、重量较轻、价格也比较便宜，在很多方面都比变压器型逆变器更具优势。虽然光伏发电站的运行和安全性都不需要采用电气隔离措施，在设计直接并网的逆变器时还是应该考虑到以下几个方面。图5：外观相同，内部电路不同：变压器型和无变压

5、器型两种SunnyBoy效率特性。 正常运行状态下的漏电电流将来自光伏组件的电压采用高频率(20kHz)转换过程中，高频电压应等同于电网电压峰值；这些电压在逆变器内部被认为是干扰，滤波器可以阻断这些干扰，防止其进入电网。但在理论上，阻止来自发电电源侧的直流分量进入交流电网是不可能绝对实现的。这样，根据所采用逆变器结构的不同，在交流输出中也将存在不同的对地直流电压分量。如果太阳能电池组和/或者其接线端对地存在交流电压，将产生“漏电电流”，通过寄生电容流向电池组接地点。图6：SunnyBoy2100TL逆变器光伏电池组对地电压图7：SunnyBoy5000TLHC多组串逆变器光伏电池组对地

6、电压 下面我们以SunnyBoy2100TL和SunnyBoy5000TLHC两种逆变器为例。如上图所示。这两种逆变器的运行会在其电子部分产生与时间相关的电势，它们的光伏组件对地电压也不相同。SunnyBoy2100TL采用H型桥结构，加在光伏组件上的电压为电网电压有效值的一半。多组串逆变器SB5000TLHC则采用电容半桥结构。桥的中线直接连接在电网的中线上。这样的结果就是产生的对地电压只是50Hz的低电压值，其分量只是电网电压很小的一部分，只相当于变压器拓扑结构中的电压纹波量。 除了电网电压提升方面的考虑，漏电电流的大小还取决于光伏组件寄生电容的大小，该电容值大小与电池面积及组件与

7、边框之间的距离相关。因此，关于漏电电流情况，应该在设计系统时就仔细考虑逆变器的结构和光伏组件尺寸。面积越大、电池与光伏组件边框之间的距离越小，产生的漏电电流就越大。无边框结构光伏组件的漏电电流值很低。然而，安装在不锈钢箔上的非晶电池会产生很大的漏电电流。 外部条件也会对漏电电流产生影响，因此不可避免会产生一定的波动。如果沉淀物或者清洁液弄湿了光伏组件，漏电电流就会增加；这些液体中的电子物质成分缩短电池与电池间的距离，造成漏电电流升高。 总之，光