光伏逆變器原理

　　光伏逆變器（PV inverter或solar inverter）可以將光伏（PV）太陽(yáng)能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電（AC）的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。光伏逆變器是光伏陣列系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供電的設(shè)備使用。太陽(yáng)能逆變器有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點(diǎn)追蹤及孤島效應(yīng)保護(hù)的機(jī)能。

　　逆變裝置的核心，是逆變開關(guān)電路，簡(jiǎn)稱為逆變電路。該電路通過(guò)電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，來(lái)完成逆變的功能。

　　光伏逆變器分類

　　有關(guān)逆變器分類的方法很多，例如：根據(jù)逆變器輸出交流電壓的相數(shù)，可分為單相逆變器和三相逆變器;根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型不同，又可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器及可關(guān)斷晶閘管逆變器等。根據(jù)逆變器線路原理的不同，還可分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加型逆變器和脈寬調(diào)制型逆變器等。根據(jù)應(yīng)用在并網(wǎng)系統(tǒng)還是離網(wǎng)系統(tǒng)中又可以分為并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器。為了便于光電用戶選用逆變器，這里僅以逆變器適用場(chǎng)合的不同進(jìn)行分類。

　　1、集中型逆變器

　　集中逆變技術(shù)是若干個(gè)并行的光伏組串被連到同一臺(tái)集中逆變器的直流輸入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊，功率較小的使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管，同時(shí)使用DSP轉(zhuǎn)換控制器來(lái)改善所產(chǎn)出電能的質(zhì)量，使它非常接近于正弦波電流，一般用于大型光伏發(fā)電站（》10kW）的系統(tǒng)中。最大特點(diǎn)是系統(tǒng)的功率高，成本低，但由于不同光伏組串的輸出電壓、電流往往不完全匹配（特別是光伏組串因多云、樹蔭、污漬等原因被部分遮擋時(shí)），采用集中逆變的方式會(huì)導(dǎo)致逆變過(guò)程的效率降低和電戶能的下降。同時(shí)整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電可靠性受某一光伏單元組工作狀態(tài)不良的影響。最新的研究方向是運(yùn)用空間矢量的調(diào)制控制以及開發(fā)新的逆變器的拓?fù)溥B接，以獲得部分負(fù)載情況下的高效率。

　　2、組串型逆變器

　　組串逆變器是基于模塊化概念基礎(chǔ)上的，每個(gè)光伏組串（1-5kw）通過(guò)一個(gè)逆變器，在直流端具有最大功率峰值跟蹤，在交流端并聯(lián)并網(wǎng)，已成為現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上最流行的逆變器。

　　許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優(yōu)點(diǎn)是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時(shí)減少了光伏組件最佳工作點(diǎn)與逆變器不匹配的情況，從而增加了發(fā)電量。技術(shù)上的這些優(yōu)勢(shì)不僅降低了系統(tǒng)成本，也增加了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，在組串間引人“主-從”的概念，使得系統(tǒng)在單串電能不能使單個(gè)逆變器工作的情況下，將幾組光伏組串聯(lián)系在一起，讓其中一個(gè)或幾個(gè)工作，從而產(chǎn)出更多的電能。

　　最新的概念為幾個(gè)逆變器相互組成一個(gè)“團(tuán)隊(duì)”來(lái)代替“主-從”的概念，使得系統(tǒng)的可靠性又進(jìn)了一步。目前，無(wú)變壓器式組串逆變器已占了主導(dǎo)地位。

　　3、微型逆變器

　　在傳統(tǒng)的PV系統(tǒng)中，每一路組串型逆變器的直流輸入端，會(huì)由10塊左右光伏電池板串聯(lián)接入。當(dāng)10塊串聯(lián)的電池板中，若有一塊不能良好工作，則這一串都會(huì)受到影響。若逆變器多路輸入使用同一個(gè)MPPT，那么各路輸入也都會(huì)受到影響，大幅降低發(fā)電效率。在實(shí)際應(yīng)用中，云彩，樹木，煙囪，動(dòng)物，灰塵，冰雪等各種遮擋因素都會(huì)引起上述因素，情況非常普遍。

　　而在微型逆變器的PV系統(tǒng)中，每一塊電池板分別接入一臺(tái)微型逆變器，當(dāng)電池板中有一塊不能良好工作，則只有這一塊都會(huì)受到影響。其他光伏板都將在最佳工作狀態(tài)運(yùn)行，使得系統(tǒng)總體效率更高，發(fā)電量更大。在實(shí)際應(yīng)用中，若組串型逆變器出現(xiàn)故障，則會(huì)引起幾千瓦的電池板不能發(fā)揮作用，而微型逆變器故障造成的影響相當(dāng)之小。

　　4、功率優(yōu)化器

　　太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)加裝功率優(yōu)化器（OptimizEr）可大幅提升轉(zhuǎn)換效率，并將逆變器（Inverter）功能化繁為簡(jiǎn)降低成本。為實(shí)現(xiàn)智慧型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，裝置功率優(yōu)化器可確實(shí)讓每一個(gè)太陽(yáng)能電池發(fā)揮最佳效能，并隨時(shí)監(jiān)控電池耗損狀態(tài)。功率優(yōu)化器是介于發(fā)電系統(tǒng)與逆變器之間的裝置，主要任務(wù)是替代逆變器原本的最佳功率點(diǎn)追蹤功能。功率優(yōu)化器藉由將線路簡(jiǎn)化以及單一太陽(yáng)能電池即對(duì)應(yīng)一個(gè)功率優(yōu)化器等方式，以類比式進(jìn)行極為快速的最佳功率點(diǎn)追蹤掃描，進(jìn)而讓每一個(gè)太陽(yáng)能電池皆可確實(shí)達(dá)到最佳功率點(diǎn)追蹤，除此之外，還能藉置入通訊晶片隨時(shí)隨地監(jiān)控電池狀態(tài)，即時(shí)回報(bào)問(wèn)題讓相關(guān)人員盡速維修。

　　光伏逆變器有哪些保護(hù)功能

　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件、并網(wǎng)逆變器、計(jì)量裝置及配電系統(tǒng)組成（如下圖。太陽(yáng)能通過(guò)太陽(yáng)能電池組件轉(zhuǎn)換為直流電力，再通過(guò)并網(wǎng)光伏逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)頻率、相位同步的正弦波電流，并將此電力饋入電網(wǎng)，光伏并網(wǎng)逆變器為太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。

　　光伏逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部重要的電氣設(shè)備，其設(shè)備本身所配備的各類保護(hù)功能較為完善，具體有如下基本保護(hù)功能。

　?。?）輸入過(guò)壓保戶：

　　當(dāng)輸入端電壓高于額定電壓的130%時(shí)，逆變器應(yīng)有保護(hù)和顯示。

　?。?）輸入欠壓保戶：

　　當(dāng)輸入端電壓低于額定電壓的85%時(shí)，逆變器應(yīng)有保護(hù)和顯示。

　　（3）輸入反接保護(hù)：

　　當(dāng)輸入端正、負(fù)極接反時(shí)，逆變器應(yīng)有防護(hù)功能和顯示。

　?。?）防雷保護(hù)：

　　逆變器應(yīng)有防雷保護(hù)。

　?。?）過(guò)電流保護(hù)：

　　逆變器的過(guò)電流保護(hù)，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過(guò)允許值時(shí)及時(shí)動(dòng)作，使其免受浪涌電流的損傷。當(dāng)工作電流超過(guò)額定的150%時(shí)，逆變器應(yīng)能自動(dòng)保護(hù)。

　　（6）輸出短路保戶

　　逆變器短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)不超過(guò)0.5s。

　　（7）過(guò)溫保護(hù)等。

　　另外，對(duì)無(wú)電壓穩(wěn)定措施的逆變器，逆變器還應(yīng)有輸出過(guò)電壓防護(hù)措施，以使負(fù)載免受過(guò)電壓的損害。

　　一款性能優(yōu)良的逆變器，應(yīng)具備完備的保護(hù)功能或措施，以應(yīng)對(duì)在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的各種異常情況，使逆變器本身及系統(tǒng)其他部件免受損傷。