太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路 太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路
1 引言
对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价比的。但是对于光伏逆变器的设计而言，对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，欧洲效率的最大化才是最重要的。因为对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益，欧洲效率的提高同样可以，而且更加明显[1]。欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分(见图1)。
图1 欧洲效率计算比重
因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率。欧洲效率是一个新的参数，主要是针对光伏逆变器提出来的。由于太阳光在不同时间，强度是不一样的，所以光伏逆变器其实并不会一直工作在额定功率下，更多的是工作在轻负载的时候。所以衡量光伏逆变器的效率，不能完全以额定功率下的效率来衡量。所以欧洲人就想出来了一个新的参数–欧洲效率来衡量。欧洲效率的计算方法如表1。
欧洲效率的改善所带来的经济效益也很容易通过计算得到。例如以一个额定功率3kw的光伏逆变器为例，根据现在市场上的成本估算，光伏发电每千瓦安装成本大约需要4000欧元[2]，那也就意味着光伏逆变器每提高欧效1%就可以节
省120欧元(光伏发电现在的成本大概在每千瓦4000欧元，或者说每瓦4欧元，
包括太阳能电池和光伏逆变器，对于一个3kw的发电装置，如果逆变器效率提高了1%，也就是说多发了30w，那么成本就可以节省4×30=120欧元)。提高光伏逆变器的欧洲效率带来的经济效益是显而易见的，“不惜成本”追求更高的欧效也成为现在光伏逆变器发展的趋势。
2 功率器件的选型
在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，igbt是最多被使用的器件。因为igbt导通压降的非线性特性使得igbt的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。但是对于光伏逆变器而言，igbt的这个特性反而成为了缺点。因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。在轻载时，igbt的导通压降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。相反，mosfet的导通压降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力，mosfet成为了光伏逆变器的首选。另外考虑到提高欧效后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如sic二极管，也正在越来越多的被应用在光伏逆变器的设计中，sic肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损耗，降低电磁干扰。
3 光伏逆变器的设计目标
对于无变压器式光伏逆变器，它的主要设计目标为：
(1) 对太阳能电池输入电压进行最大功率点跟踪，从而得到最大的输入功率;
(2) 追求光伏逆变器最大欧效;
(3) 低的电磁干扰。
为了得到最大输入功率，电路必须具备根据不同太阳光条件自动调节输入电压的功能，最大功率点一般在开环电压的70%左右，当然这和具体使用的光伏电池的特性也有关。典型的电路是通过一个boost电路来实现。然后再通过逆变器把直流电逆变为可并网的正弦交流电。
4 单相无变压器式光伏逆变器拓扑介绍
拓扑结构的选择和光伏逆变器额定输出功率有关。对于4kw以下的光伏逆变器，通常选用直流母线不超过500v，单相输出的拓扑结构。
这个功能(见图2)可以通过以下的原理图实现(见图3)。
图2 单相无变压器式光伏逆变器功能图
图3 单相无变压器式光伏逆变器原理图
boost电路通过对输入电压的调整实现最大功率点跟踪。h桥逆变器把直流电逆变为正弦交流电注入电网。上半桥的igbt作为极性控制器，工作在50hz，从而降低总损耗和逆变器的输出电磁干扰。下半桥的igbt或者mosfet进行pwm 高频切换，为了尽量减小boost电感和输出滤波器的大小，切换频率要求尽量高一些，如16khz。
4.1 单相无变压器式光伏逆变器的优点
我们推荐使用功率模块来设计光伏逆变器，因为把图3拓扑结构上的所有器件集成到一个模块里面可以提供以下优点：
(1) 安装简单，可靠;
(2) 研发设计周期短，可以更快地把产品推向市场;
(3) 更好的电气性能。
4.2 对于模块设计，必需要达到的指标
而对于模块的设计，我们必须保证：
(1) 直流母线环路低电感设计
为了实现这个目标，我们必须同时降低模块内部和外部的寄生电感。为了降低模块内部的寄生电感，必须优化模块内部的绑定线，管脚布置以及内部走线。为了降低模块外部寄生电感，我们必须保证在满足安全间距的前提下，boost电路和逆变桥电路的直流母线正负两端尽量靠近。
(2) 给快速开关管配置专有的驱动管脚
开关管在开关过程中，绑定线的寄生电感会造成驱动电压的降低。从而导致开关损耗的增加，甚至开关波形的震荡。在模块内部，通过给每个开关管配置专有的驱动管脚(直接从芯片上引出)，这样就可以保证在驱动环路中不会有大电流流过，从而保证驱动回路的稳定可靠。这种解决方案目前只有功率模块可以实现，单管igbt还做不到。
图4显示了vincotech公司最新推出的光伏逆变器专用模块
flowsol-bi(p896-e01)，它集成了上面所说的优点。
图4 flowsol-bi boost电路和全桥逆变电路
4.3 技术参数
(1) boost电路由mosfet(600v/45mω)和sic二极管组成;
(2) 旁路二极管主要是当输入超过额定负载时，旁路boost电路，从而改善逆变器整体效率;
(3) h桥电路上半桥由75a/600v igbt和sic二极管组成，下半桥由mosfet(600v/45mω)组成;
(4) 集成了温度检测电阻。
5 单相无变压器光伏逆变器专用模块flowsol0-bi的效率计算
这里我们主要考虑功率半导体的损耗，其他的无源器件，如boost电感，输出滤波电感的损耗不计算在内。
基于这个电路的相关参数，仿真结果如下：
条件
●pin=2kw;
●fpwm = 16khz;
●vpv-nominal = 300v;
●vdc = 400v。
根据图5、6的仿真结果可以看到，模块的效率几乎不随负载的降低而下降。模块总的欧洲效率(boost+inverter)可以达到98.8%。即使加上无源器件的损耗，总的光伏逆变器的效率仍然可以达到98%。图6虚线显示了使用常规功率器件，逆变器的效率变化。可以明显看到，在低负载时，逆变器效率下降很快。
图5 boost电路效率仿真结果 ee=99.6%
图6 flowsol-bi逆变电路效率仿真结果-ee=99.2%标准igbt全桥-ee=97.2% (虚线)
6 三相无变压器光伏逆变器拓扑结构介绍
大功率光伏逆变器需要使用更多的光伏电池组和三相逆变输出(见图7)，最大直流母线电压会达到1000v。
图7 三相无变压器式光伏逆变器功能图
这里标准的应用是使用三相全桥电路。考虑到直流母线电压会达到1000v，那开关器件就必须使用1200v的。而我们知道，1200v功率器件的开关速度会比600v器件慢很多，这就会增加损耗，影响效率。对于这种应用，一个比较好的替代方案是使用中心点箝位(npc=neutral point clamped)的拓扑结构(见图8)。这样就可以使用600v的器件取代1200v的器件。
图8 三相无变压器npc光伏逆变器原理图
为了尽量降低回路中的寄生电感，最好是把对称的双boost电路和npc逆变桥各自集成在一个模块里。
(1) 双boost模块技术参数(见图9)
图9 flowsol-npb—对称双boost电路
●双boost电路都是由mosfet(600v/45 mω)和sic二极管组成;
●旁路二极管主要是当输入超过额定负载时，旁路boost电路，从而改善逆变器整体效率;
●模块内部集成温度检测电阻。
(2) npc逆变桥模块的技术参数(见图10)
图10 flowsol-npi -npc逆变桥
●中间换向环节由75a/600v的igbt和快恢复二极管组成;
●上下高频切换环节由mosfet(600v/45 mω)组成;
●中心点箝位二极管由sic二极管组成;
●模块内部集成温度检测电阻。
对于这种拓扑结构，关于模块的设计要求基本类似于前文提到的单相逆变模块，唯一需要额外注意的是，无论是双boost电路还是npc逆变桥，都必须保证dc+，dc-和中心点之间的低电感设计。
有了这两个模块，就很容易设计更高功率输出光伏逆变器。例如使用两个双boost电路并联和三相npc逆变桥就可以得到一个高效率的10kw的光伏逆变器。而且这两个模块的管脚设计充分考虑了并联的需求，并联使用非常方便。图 11是双boost模块并联和三相npc逆变输出模块布局图。
图11 双boost模块并联和三相npc逆变输出模块布局图
针对1000v直流母线电压的光伏逆变器，npc拓扑结构逆变器是目前市场上效率最高的。图12比较了npc模块(mosfet+igbt)和使用1200v的igbt半桥模块的效率。
图12 npc逆变桥输出效率(实线)和半桥逆变效率(虚线)比较
根据仿真结果，npc逆变器的欧效可以达到99.2%，而后者的效率只有96.4%。npc拓扑结构的优势是显而易见的。
7 下一代光伏逆变器拓扑的设计思路介绍
目前混合型h桥(mosfet+igbt)拓扑已经取得了较高的效率等级。而下一代的光伏逆变器，将会把主要精力集中在以下性能的改善：
(1) 效率的进一步提高;
(2) 无功功率补偿;
(3) 高效的双向变换模式。
7.1 单相光伏逆变器拓扑结构
对于单相光伏逆变器，首先讨论如何进一步提高混合型h桥拓扑的效率(见图13)。
在图13中，上桥臂igbt的开关频率一般设定为电网频率(例如50hz)，而下桥臂的mosfet则工作在较高的开关频率下，例如16khz，来实现输出正弦波。仿真显示，这种逆变器拓扑在2kw额定功率输出时，效率可以达到99.2%。由于mosfet内置二极管的速度较慢，因此mosfet不能被用在上桥臂。
图13 光伏逆变器的发展-混合型
由于上桥臂的igbt工作在50hz的开关频率下，实际上并不需要对该支路进行滤波。因此对电路拓扑进行优化，可以得到图14所示的发射极开路型拓扑。这种拓扑的优点是只有有高频电流经过的支路才有滤波电感，从而减小了输出滤波电路的损耗。
图14 改进的无变压器上桥臂发射极开路型拓扑
目前vincotech公司已经有标准的发射极开路型igbt模块产品，型号是flowsol0-bi open e (p896-e02)，如图15所示。
图15 flowsol0-bi-open e (p896-e02)
技术参数：
(1) 升压电路采用mosfet(600v/45mω)和sic二极管组成;
(2) 旁路二极管主要是当输入超过额定负载时，旁路boost电路，从而改善逆变器整体效率;
(3) h桥的上桥臂采用igbt(600v/75a)和sic二极管，下桥臂采用
mosfet(600v/45 mω);
(4) 模块内部集成温度检测电阻。
下面再来分析一下图14所示的发射极开路型拓扑。当下桥臂的mosfet工作时，与上桥臂igbt反并联的二极管却由于滤波电感的作用没有工作，这样就可以在上桥臂也使用mosfet，在轻载时提高逆变器的效率。仿真结果显示，在2kw 额定功率输出时，这种光伏逆变器的欧效可以提高0.2%，从而使效率达到99.4%。在实际的应用场合中，这种拓扑对效率的提高会更多，因为仿真结果是在假定芯片结温125℃的情况下得到的，但由于mosfet体积较大，且光伏逆变器经常工作在轻载情况下，mosfet芯片结温远远低于125℃，因此实际工作时mosfet的导通阻抗rds-on将比仿真时的数值要低，损耗相应也会更小。
如何解决无功功率的问题呢?这种电路拓扑处理无功功率的唯一方法就是使用fred-fet，但这些器件的导通阻抗rds-on通常都很高。另一个缺点是其反向恢复特性较差，影响无功补偿和双向变换时的性能。但是在某些特殊应用中，如果必须通过无功功率来测量线路阻抗或者保护某些元器件，那么图16所示拓扑将可以满足以上要求。
图16所示拓扑结构允许纯无功负载，能够提高对电网的无功补偿，也能满足双向功率流动，例如实现高效电池充电。如果应用sic肖特基二极管，这种电路拓扑将可以达到更高的效率等级。表2是2kw额定功率下不同拓扑结构的欧洲效率
图16 适应无功负载的全mosfet拓扑
7.2 三相光伏逆变器拓扑结构
对于npc拓扑的三相光伏逆变器也可以做类似的改进。
以一相为例，在2kw额定输出时，三电平逆变器(见图17)可以达到99.2%的欧效(见表2)。稍作改动，该拓扑就可以实现无功功率流动。
图17 三电平逆变器
在输出与直流母线间增加1200v二极管后，该拓扑(见图18)就可以输出无功功率。同时也可以用作高效率的双向逆变器，实现能量的反向变换。为了减小损耗，d3，d4推荐使用sic二极管。
图18 可实现无功功率输出的npc拓扑逆变器
但由于1200v的sic价格过高，图19所示的拓扑将会是一种比较好的选择。
图19 可实现无功功率输出的npc拓扑逆变器(增加了2个sic二极管和4个si二极管)
这种拓扑只使用了两个600v的sic二极管(d4，d6)。d3和d5采用快速si 二极管，d7和d8采用小型si二极管，用来防止sic二极管过压损坏。
这里是否可能也全部采用mosfet来实现呢?答案是可以的，前提是需要把mosfet的体二极管旁路掉。这可以通过把上下半桥的输出端子分开并配上各自的滤波电感来实现。
图20的电路拓扑可以提高在轻载时的效率。
图20 采用mosfet实现无功功率输出的npc拓扑逆变器 图21是全采用mosfet方案和混合型方案在额定功率2kw时的效率比较。
图21 全采用mosfet方案和混合型方案在额定功率2kw时的效率比较
其欧效可以从99.2%提高到99.4%。无功功率由1200v快速二极管通路实现。在选择二极管时，推荐使用sic二极管，这样可以在反向变换时，达到更高的效率。或者如图22所示，d4和d6采用600v sic二极管，另外四个采用快恢复si 二极管。
图22 采用2个sic二极管、4个si二极管和分别输出方式的npc逆变器拓
扑
8 结束语
这些新的拓扑使得逆变器的效率能够达到更高的欧效等级。即使在输出功率为0.4kw时，我们仍然可以达到最高的效率，这也使得可以通过模块并联来进一步提升系统容量。此时可以非常容易的计算出投资回报率，从而也显示出效率等级在光伏逆变器应用中的重要作用。
对无功功率输出的改善同样使得这种拓扑结构拥有以下特性和更广泛的应用：
(1) 线路无功补偿;
(2) 高效电池充电，可应用于后备电源系统、电动交通工具和混合动力汽车;
(3) 高效、高速电机驱动。
太阳能光伏并网逆变器电路设计 1、引言 太阳能的大规模应用将是21世纪人类社会进步的重要标志，而光伏并网发电系统是光伏系统的发展趋势。光伏并网发电系统的最大优点是不用蓄电池储能，因而节省了投资，系统简化且易于维护。这类光伏并网发电系统主要用于调峰光伏电站和屋顶光伏系统。目前，美、日、欧盟等发达国家都推出了相应的屋顶光伏计划，日本提出到2010年要累计安装总容量达50、000MW的家用光伏发电站。作为屋顶光伏系统的核心，并网逆变器的开发越来越受到产业界的关注[1]。 2、光伏并网系统设计 2.1、系统结构 光伏并网逆变器的结构如图1所示。光伏并网逆变器主要由二部分组成：前级DC-DC变换器和后级DC-AC逆变器。这2部分通过DClink相连接，DClink的电压为400V。在本系统中，太阳能电池板输出的额定直流电压为100V～170V。DC—DC变换器采用boost结构，DC—AC部分采用全桥逆变器，控制电路的核心是TMS320F240型DSP。其中DC-DC变换器完成最大功率跟踪控制）MPPT）功能，DC-AC逆变器维持DClink 中间电压稳定并将电能转换成220V／50Hz的正弦交流电。系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频和同相。 2.2、控制电路设计 2.2.1、TMS320F240控制板 TMS320F240控制板如图2所示，以TI公司的TMS320F240型DSP为核心，外围辅以模拟信号调理电路、CPLD、数码管及DA显示、通信及串行E2PROM，完成电压和电流信号的采样、PWM脉冲的产生、与上位机的通信和故障保护等功能。 2.2.2、电压和电流信号检测电路 模拟信号检测电路的功能是把强电信号转换为DSP可以读取的弱电数字信号，同时要保证强电和弱电的隔离。笔者选用惠普公司的HCPL7800A型光电耦合器，其非线性度为0.004％，共模电压为l、000V时的共模抑制能力为15kV／lμs，增益温漂为0.000、25V／℃，带宽为100kHz。具体隔离检测电路如图3所示。 2.2.3、IGBT驱动电路 DSP控制电路产生的PWM信号先通过驱动电路，然后控制IGBT开关管的开通状态。笔者选用惠普公司的HCPL3120型专用IGBT驱动电路，如图4所示。驱动电路的输入和输出是相互隔离的，驱动电路还有电平转换功能，将DSP的+5V控制电压转换为+15V的IGBT驱动电压，驱动电路电源采用金升阳公司的B0515型隔离电源模块。
2015年6月15日 22:28 太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方 摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为"光热"和"光伏"两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的"光生伏打现象"。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。 本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分： 其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
两款最简单的12V变220V逆变器 江苏省泗阳县李口中学沈正中 制作一： 变压器可选用一个100W机床控制变压器，将变压器铁芯拆开,再将次级线圈拆下来，并记录匝数，以便于计算每伏圈数。然后用φ1.35mm的漆包线重新绕次级线圈，先绕一个22V的主线圈，在中间抽头，再用φ0.47的漆包线绕两个4V的反馈线圈，线圈的层间用较厚的牛皮纸绝缘。线圈绕好后插上铁芯，将两个4V次级分别和主线圈连在一起，注意头尾的别接反了。可通电测电压，如果4V线圈和主线圈连接后电压增加说明连接正确，反之就是错的，可换一下接头就可以了。 与4V线圈串联的两个电阻R2、R3可用电阻丝制作，可根据输出功率大小选择电阻的大小， 一般为几欧姆，输出功率大 时，电阻越小，偏流电阻用 1W300Ω的电阻，不接这个 电阻也能工作，但由于管子 的参数不一致有时不起振， 最好接一个。三极管的选择： 每边用三只3DD15并联，共用六只管子，电路连接好后检查无错误，就可以通电调整了，接上蓄电池，找一个100W的白炽灯做负载，打开开关，灯泡应该能正常发光，如果不能正常发光，可减小基极的电阻，直到能正常发光为止，再接上彩电看能否正常启动，不能正常启动也是减小基极的电阻，调整完毕后就可以正常使用了。
制作二： 只用4个元件的逆变器，制作简单，用于普通照明不错。R1、 R2根据三极管和变压 器的不同在1.2k～4.7k 之间选用；三极管无特 殊要求根据变压器的 容量选择，容量大就用 功率大点的；变压器可 用普通控制变压器，只 要有两组12V就行。 选用500W机床控制变压器0v－12V－24V，三极管用的达林顿管MJ11032，电阻4.7k。（输出的是方波，不适合要求较高的场合）。
单相光伏并网逆变器的研究
轮机工程学院
摘要 能源危机和环境问题的不断加剧，推动了清洁能源的发展进程。太阳能作为一种清洁无污染且可大规模开发利用的可再生能源，具有广阔应用前景。并且伴随“智能电网”理论的兴起，分布式电力系统正日益受到关注，光伏逆变系统作为分布式电力系统的一种重要形式，使得对该领域的研究具有重要的理论与现实意义。 论文在分析光伏逆变系统发展现状与研究热点的基础上，探讨了光伏逆变系统的主要关键技术，对直接影响光伏逆变系统的工作效率以及工作状态的最大功率点跟踪控制、光伏逆变器控制等技术进行了详细研究。 为研究光伏逆变系统，本文建立了一套完整的光伏逆变系统模型，主要包括光伏电池模块，前级DCDC变换器，后级DCAC逆变器，以及相应的控制模块。为了提高系统模型的准确性及稳定性，论文设计了一种输出电压随温度光照改变的光伏电池模型，提出了一种基于Boost 升压变换器的最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并且将正弦脉冲宽度调制技术（SPWM）应用于逆变器控制。最后在MatlabSimulink软件环境下搭建了光伏逆变系统的整体模型，完成系统性的实验验证。 经过仿真实验验证，所提出的光伏逆变系统设计方案正确可行，且输出达到了设计要求，为进一步实现并网功能提供了条件，具有较高的实用参考价值。 关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；光伏逆变系统；正弦脉冲调制技术
ABSTRACT With intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy . The solar energy because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System . As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field. This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which work efficiency and work condition and technology of PV inverter. In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DCDC converter and DCAC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper
光伏并网逆变器分类 并网逆变器是太阳能光伏系统中的关键部件，它将太阳能电池产生的直流电通过电力电子变换技术转换为能够直接并入电网、负载的交流能量。其性能，效率直接影响整个太阳能光伏系统的效率和性能。下面将从并网逆变器的分类来进行了解。 1、按照隔离方式分类 包括隔离式和非隔离式两类，其中隔离式并网逆变器又分为工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。光伏并网逆变器发展之初多采用工频变压器隔离的方式，但由于其体积、重量、成本方面的明显缺陷。近年来高频变压器隔离方式的并网逆变器发展较快，非隔离式并网逆变器以其高效率、控制简单等优势也逐渐获得认可，目前已经在欧洲开始推广应用，但需要解决可靠性、共模电流等关键问题。 2、按照输出相数分类 可以分为单相和三相并网逆变器两类，中小功率场合一般多采用单相方式，大功率场合多采用三相并网逆变器。按照功率等级进行分类，可分为功率小于1kVA的小功率并网逆变器，功率等级1kVA~50kVA的中等功率并网逆变器和50kVA以上的大功率并网逆变器。 3、按照功率流向进行分类 分为单方向功率流和双方向功率流并网逆变器两类，单向功率流并网逆变器仅用作并网发电，双向功率流并网逆变器除可用作并网发电外，还能用作整流器，改善电网电压质量和负载功率因素。近几年双向功率流并网逆变器开始获得关注，是未来的发展方向之一。 4、按照拓扑结构分类 目前采用的拓扑结构包括：全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑、多电平逆变拓扑、推挽逆变拓扑、正激逆变拓扑、反激逆变拓扑等，其中高压大功率光伏并网逆变器可采用多电平逆变拓扑，中等功率光伏并网逆变器多采用全桥、半桥逆变拓扑，小功率光伏并网逆变器采用正激、反激逆变拓扑。 从技术层面讲，大功率并网逆变器和小功率并网逆变器是未来的两个主要发展方向，其中小功率光伏并网逆变器——微逆变器是最具发展潜力和市场应用前景的发展方向，高频化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。
自制逆变器电路及工作原理 今天我们来介绍一款逆变器（见图1）主要由MOS场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该变压器的工作原理及制作过程。 电路图（1） 工作原理： 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 一、方波的产生 这里采用CD4069构成方波信号发生器。图2中，R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的震荡频率不稳。电路的震荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2*2.2*103*2.2x10-6=93.9Hz，最小频率为fmin=1/2.2*4.2*103*2.2*10-6=49.2Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的发相器，输入端接地避免影响其它电路。
图2 二、场效应管驱动电路。 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V。如图3所示。 图3 三、场效应管电源开关电路。 场效应管是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS场效应管也被称为MOS FET，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的是增强型MOS场效应管，其内部结构见图4。它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型。由图可看出，对于N 沟道型的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称场电压）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
Grid-Connected Solar Micro inverter Reference Design Abstract-In traditional grid-connected PV system, it’s hard to remove failure of individual PV panels. This paper presents a Solar PV Grid-Connected Micro-inverter which can be embedded in a single stand-alone photovoltaic panel to solve the problem of single point of failure. For a single photovoltaic panel, rated power of the Micro-inverter is 220W, using the topology of interleaved flyback converter. Keywords-Micro-inverter; interleaved flyback converter; grid-connected; PV panel I. INTRODUCTION With the draining of fossil fuel and increasingly serious pollution caused by traditional power generation methods across the world, renewable and pollution-free energy has gained much attention in economic and political fields. Renewable energy includes photovoltaic (PV) and wind power generation systems. Wide application of renewable energy is now impeded by cost and extensive researches shall be conducted in order to improve cost effectiveness. PV system, also known as solar converter, has gained popularity in recent years as a convenient renewable energy with good prospects. High production cost and low conversion efficiency of silicon solar panel are major defects of PV energy. Cost effectiveness of PV projects will become more reasonable with the application of new PV panel production technology and the
随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。 在光伏并网系统中，并网是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC 两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图 逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。
图2 逆变器原理框图 控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。 图1 光伏并网系统结构图 图3 控制矢量图 在网压Vac(t)为一定的情况下，IN(t)幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量Vs(t)的幅值，及其与网压Vac(t)的相位差来决定。改变Vs(t)的幅值和相位就可以控制输入电流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽略不计得到如图3b所示的简化矢量三角形关系，即下式： (2) 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式： (3)式中K= L/TC，TC为载波周期。 从该模型即可以得到本系统所采用的图4所示的控制框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。
２０１３．１Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１ 研究与设计 收稿日期：２０１２－０６－１７ 基金项目：省教育厅自然科学一般项目支持（ＫＪ２０１１Ｂ１３６）作者简介：张为堂（１９７６—），男，安徽省人，实验师，硕士，主要研究方向为电力电子技术及智能控制。 光伏并网逆变器控制设计 张为堂，王 俊，周泽华 （合肥学院机器视觉与智能控制技术重点实验室，安徽合肥２３０６０１） 摘要：基于Ｃ８０５１Ｆ００５单片机设计并实现光伏并网逆变器控制系统。系统由两块ＩＲ２１１０驱动４个ＩＲ５４０构成的Ｈ桥逆变电路，直流电源经过ＬＣ滤波后实现逆变。详细介绍了主电路、保护电路、滤波电路、采样保护电路以及变压器的设计；给出了具体的软件流程图；经过测试系统压差百分数最大值是０．０１３４２２％，最大频偏百分数为０．３４３％，阻性负载下最大相差０．９１，系统的效率达到了８３．００％，完全达到或者超出了系统的设计要求。关键词：光伏；逆变器控制；Ｈ桥逆变电路中图分类号：ＴＭ９１４．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１３）０１－００７１－０３ Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ ＺＨＡＮＧＷｅｉ－ｔａｎｇ，ＷＡＮＧＪｕｎ，ＺＨＯＵＺｅ－ｈｕａ （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｃｈｉｎｅＶｉｓｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３０６０１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＣ８０５１Ｆ００５ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｄｅｓｉｇｎ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｂｌｏｃｋｓｏｆＩＲ２１１０ｄｒｉｖｅｒ４ＩＲ５４０ＨｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔｔｈｒｏｕｇｈａＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＬＣｆｉｌｔｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｓａｍｐｌｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ；ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｗａｓｇｉｖｅｎ．Ａｆｔｅｒｔｅｓｔ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｙｓｔｅｍｉｓ０．０１３４２２％，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｖｉａｔｉｏｎｉｓ０．３４３％，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｏａｄｕｎｄｅｒｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｎｇｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｓ０．９１，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒｅａｃｈｅｓ８３．００％，ｗｈｉｃｈｆｕｌｌｙｍｅｅｔｏｒｅｘｃｅｅｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＶ；Ｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ；Ｈｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ １设计要求 光伏发电在现代社会发展的过程中扮演着越来越重要的作用，研究光伏发电装置的设计有着比较重要的现实意义。现有一光伏逆变器设计要求如下： （１）具有最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ）功能：ＲＳ和ＲＬ在给定范围内变化时，使Ｕｄ＝１／２Ｕｓ，相对偏差的绝对值不大于１％。（２）具有频率跟踪功能：当ｆＲＥＦ在给定范围内变化时，使ｕＦ的频率ｆＦ＝ｆＲＥＦ， 相对偏差绝对值不大于１％。（３）当ＲＳ＝ＲＬ＝３０Ω时，ＤＣ－ＡＣ变换器的效率h ≥６０％。（４）当ＲＳ＝ＲＬ＝３０Ω时，输出电压ｕｏ的失真度ＴＨＤ≤５％。（５）具有输入欠压保护功能，动作电压Ｕｄ（ｔｈ）＝（２５±０．５）Ｖ。（６）具有输出过流保护功能，动作电流Ｉｏ（ｔｈ）＝（１．５±０．２）Ａ。 ２方案设计 ２．１设计思路 其实上述设计要求的重点和难点在于如何在提高效率的前提下实现ＭＰＰＴ控制和频率相位的跟踪。本系统采用单片机控制输出电压和参考电压比较差来实现对输出电压的相位 和频率的跟踪，通过扰动法来实现ＭＰＰＴ最大功率点跟踪［１－２］。 ２．２系统结构 光伏并网逆变器的硬件设计是整个系统设计的基础，只有在系统硬件设计可行稳定可靠的前提下，其他控制方案才能得以继续。系统硬件主要包括ＤＣ－ＡＣ模块、驱动电路模块、滤波电路、保护电路、频率相位跟踪电路、变压器设计电路等模块。整体结构框图如图１所示。 ３各功能模块的设计与实现 ３．１ＤＣ－ＡＣ模块 本系统的逆变主电路图采用典型的Ｈ桥变换电路，选用的逆变主元器件是ＩＲＦ５４０，因为在导通状态下，其通态阻值非常小（仅为０．０４７Ω）［３－４］，这样可以在很大程度上减少损耗，提高系统的效率，主电路如图２所示。 ３．２驱动电路设计 驱动电路采用两块ＩＲ２１１０驱动４个ＩＧＢＴ管ＩＲＦ５４０，因 图１系统结构框图
三相光伏并网逆变器的设计毕业设计开题报告 1 选题的目的和意义 随着社会生产的曰益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。存阳光充足时，太阳能发出的电可供使用，而不使用市网电；在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。 光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了闸述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。 2 本选题的国内外动向 太阳能光伏并网发电始于20世纪80年代，由于光伏并网逆变器在并网发电中所起的核心作用，世界上主要的光伏系统生产商都推出了各自商用的并网逆变器产品。这些并网逆变器在电路拓扑、控制方式、功率等级上都有其各自特点，其性能和效率也参差不齐。目前在国内外市场上比较成功的商用光伏并网逆变器主要有以下几种： 1．德国SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆变器艾思玛太阳能技术股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆变器第一大生产供应商，并引领着全球光伏领域的技术创新和发展。该公司推出的Sunny Boy系列光伏组串逆变器是目前为止并网光伏发电站最成功的逆变器，市场份额高达60％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器
并网逆变器选型细则 并网逆变器是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备，是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍和分析。 1．并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统，而并网发电系统的基本特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1.1 并网光伏电站的基本结构 1.2 并网逆变器功作用和功能 并网逆变器是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现，它是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能是： ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2．并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型和无变压器型逆变器，其中变压器型又分为高频变压器型和低频变压器型。变压器型和无变压器型逆变器的
主要区别在于安全性和效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍： ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构，设计较为复杂，采用较多的功率开关器件，因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构，电路简单，采用普通工频变压器，具有较好的电气安全性，但效率较低。 ◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构，无电气隔离，电压范围较窄，但是损耗小、效率高。 3．并网逆变器主要技术指标 a. 使用环境条件 逆变器正常使用条件：包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b. 直流输入最大电流 c. 直流输入最大电压 d. 直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪（MPPT）的电压范围，一般小于逆变器允许的最大直流输入电压，设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e. 直流输入最大功率
光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻
自制逆变器电路及工作原理 作者：本站来源：本站整理发布时间：2009-11-20 11:54:11 [收藏] [评论] 自制逆变器电路及工作原理 今天我们来介绍一款逆变器（见图1）主要由MOS场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于M OS场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍 该变压器的工作原理及制作过程。 电路图（1） 工作原理： 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 一、方波的产生 这里采用CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的震荡频率不稳。电路的震荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2x103x2.2x10—6=62.6Hz，最小频率为fmin=1/2.2x4.3x103x2.2x10—6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的发相器，输入端接地避免影响其它电路。
图2 二、场效应管驱动电路。 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2 将振荡信号电压放大至0~12V。如图3所示。 图3 三、场效应管电源开关电路。 场效应管是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS场效应管的工作原理。MOS场效应管也被称为MOS FET，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的是增强型MOS场效应管，其内部结构见图4。它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型。由图可看出，对于N沟道型的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称场电压）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入 阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
光伏逆变器概述 工作原理及特点 工作原理： 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。 特点： （1）要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 （2）要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 （3）要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器；根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。
1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGB T功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。 3、微型逆变器 在传统的PV系统中，每一路组串型逆变器的直流输入端，会由10块左右光伏电池板串联接入。当10块串联的电池板中，若有一块不能良好工作，则这一串都会受到影响。若逆变器多路输入使用同一个MPPT，那么各路输入也都会受到影响，大幅降低发电效率。在实际应用中，云彩，树木，烟囱，动物，灰尘，冰雪等各种遮挡因素都会引起上述因素，情况非常普遍。而在微型逆变器的PV系统中，每一块电池板分别接入一台微型逆变器，当电池板中有一块不能良好工作，则只有这一块都会受到影响。其他光伏板都将在最佳工作状态运行，使得系统总体效率更高，发电量更大。在实际应用中，若组串型逆变器出现故障，则会引起几千瓦的电池板不能发挥作用，而微型逆变器故障造成的影响相当之小。 4、功率优化器 太阳能发电系统加装功率优化器(Optimizer)可大幅提升转换效率，并将逆变器(Inverter)功能化繁为简降低成本。为实现智慧型太阳能发电系统，装置功率优化器可确实让每一个太阳能电池发挥最佳效能，并随时监控电池耗损状态。功率优化器是介于发电系统与逆变器之间的装置，主要任务是替代逆变器原本的最佳功率点追踪功能。功率优化器藉由将线路简化以及单一太阳能电池即对应一个功率优化器等方式，以类比式进行极为快速的最佳功率
逆变器应用及一种简单的逆变器电路图随着科技的快速发展，逆变器已经越来越多的出现在人们的生活中。目前，逆变器的已经在很多领域应用到，比如电脑、电视、洗衣机、空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、录像机、按摩器、风扇、照明等等。逆变器是一种能够进行电能转换的器件，当输入的是直流电是，输出就会变成交流电，而且一般是为220v50HZ正弦或方波。它与应急电源的工作原理是相反的，逆变器一般由控制逻辑、滤波电路和逆变桥组成。本文将首先介绍二极管在逆变器中的应用，然后结合一种简单的逆变器电路图，具体分析PWM逆变器的工作原理。 二极管在逆变器中的应用 在家电应用中，最主要的就是高效率和节能，三相无刷直流电机正是因为具有效率高、尺寸小的优点，被广泛的应用在家电设备及其他很多应用中。除此之外，由于还将机械换向装置替换成电子换向器，三相无刷电机进而被认为可靠性比原来更高了。 标准的三相功率级(power stage)被用来驱动一个三相无刷直流电机，如图1所示。功率级产生一个电场，为了使电机很好地工作，这个电场必须保持与转子磁场之间的角度接近90°。六步序列控制产生6个定子磁场向量，这些向量必须在一个指定的转子位置下改变。霍尔效应传感器扫描转子的位置。为了向转子提供6个步进电流，功率级利用6个可以按不同的特定序列切换的功率MOSFET。下面解释一个常用的切换模式，可提供6个步进电流。 MOSFET Q1、Q3和Q5高频(HF)切换，Q2、Q4和Q6低频(LF)切换。当一个低频MOSFET处于开状态，而且一个高频MOSFET 处于切换状态时，就会产生一个功率级。 步骤1) 功率级同时给两个相位供电，而对第三个相位未供电。假设供电相位为L1、L2，L3未供电。在这种情况下，MOSFET Q1和Q2处于导通状态，电流流经Q1、L1、L2和Q4。 步骤2)MOSFET Q1关断。因为电感不能突然中断电流，它会产生额外电压，直到体二极管D2被直接偏置，并允许续流电流流过。续流电流的路径为D2、L1、L2和Q4。 步骤3)Q1打开，体二极管D2突然反偏置。Q1上总的电流为供电电流(如步骤1)与二极管D2上的恢复电流之和。 显示出其中的体-漏二极管。在步骤2，电流流入到体-漏二极管D2(见图1)，该二极管被正向偏置，少数载流子注入到二极管的区和P区。 当MOSFET Q1导通时，二极管D2被反向偏置，N区的少数载流子进入P+体区，反之亦然。这种快速转移导致大量的电流流经二极管，从N-epi到P+区，即从漏极到源极。
一文看懂光伏逆变器工作原理！ 工作原理及特点 工作原理： 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。 特点： (1)要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 (2)要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 (3)要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在 10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原
理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。 1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。