第7章光伏系統部件7.5逆變器逆變器：是通過半導體功率開關的開通和關斷作用，將直流電能轉變成交流電能供給負載使用的一種轉換裝置，它是整流器的逆向變換功能器件。逆變器的發展：隨著微電子技術與電力電子技術的迅速發展，逆變技術也從通過直流電動機—交流電動機的旋轉方式逆變技術，發展到20世紀六、七十年代的晶閘管逆變技術。

21世紀的逆變技術多數采用了MOSFET（功率場效應管）、IGBT（絕緣柵極晶體管）、GTO（可關斷晶體管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）、MCT（MOS控制晶閘管）等多種先進且易于控制的功率器件，控制電路也從模擬集成電路發展到單片機控制，甚至采用數字信號處理器（DSP）控制。各種現代控制理論如自適應控制、自學習控制、模糊邏輯控制、神經網絡控制等先進控制理論和算法也大量應用于逆變領域。其應用范圍也擴大到了很多前所未有的領域。逆變器制造企業近年來，由于光伏市場的飛速發展，逆變器的技術水平迅速提高，生產規模不斷擴大，出現了一批技術領先的企業，占有較大的市場份額。國外：德國SMA公司，是逆變器制造領軍企業，其2009年和2010年的全球市場占有率分別為43%和39%。美國Power-one、奧地利Fronius、美國Satcon、美國AdvancedEnergy、德國KACO、西班牙Ingeteam、德國Siemens、意大利RPSSpa、意大利SensoTecnologiesS.r.l國內：逆變器制造企業主要有合肥陽光電源有限公司（據報道其國內光伏逆變器市場占有率接近70%）、南京冠亞電源設備有限公司、江蘇艾索新能源股份有限公司、北京科諾偉業科技有限公司、江蘇山億新能源有限公司、浙江昱能光伏科技集成有限公司等。7.5.1逆變器的分類逆變器及逆變技術按輸出波形、主電路拓撲結構、輸出相數等方式來分類，具體如下：（1）按輸出交流電相數分，有單相逆變器、三相逆變器和多項逆變器。（2）按輸出電壓波形分，有方波逆變器、正弦波逆變器和階梯波逆變器。（3）按輸出直流電源分，有電壓源型逆變器和電流源型逆變器。（4）按主電路拓撲結構分，有推挽逆變器、半橋逆變器和全橋逆變器。（5）按功率流動方向分，有單向逆變器和雙向逆變器。（6）按負載是否有源分，有無源逆變器和有源逆變器。（7）按輸出交流電的頻率分，有低頻逆變器、工頻逆變器、中頻逆變器和高頻逆變器。（8）按直流環節特性分，有低頻環節逆變器和高頻環節逆變器。此外，光伏并網發電系統按照系統的設計要求不同還可以分為兩種，一種是不可調度式光伏并網發電系統、不含儲能環節；另一種是可調度式光伏并網發電系統，含有儲能環節。在不可調度式光伏并網發電系統中，并網逆變器將光伏陣列產生的直流電直接轉化為和電網電壓同頻同相的交流電，完全由日照和環境溫度等因素來決定并網的時間和功率大小。優點：系統可以省去蓄電池而將電網作為自己的儲能單元，當日照強烈時，光伏并網發電系統將發出的多余電能回饋電網，當需要電能時隨時可以由電網輸出電能。可調度式光伏并網發電系統增加了儲能環節，系統首先對儲能環節進行充電，然后根據需要將光伏并網發電系統用做并網或經逆變后獨立使用，系統的工作時間和并網功率的大小可人為設定。當電網發生斷電或其他故障時，逆變器自動切斷和電網的電氣連接，同時可以根據需要選擇是否進行獨立逆變，用于對本地負載繼續供電。7.5.2逆變器的技術性能（1）額定輸出電壓額定輸出電壓單相為220V，三相為380V。在穩定運行時，一般要求電壓波動偏差不超過額定值的3%-5%。在負載突變時，電壓偏差不超過額定值的8%-10%。（2）輸出電壓的不平衡度在正常工作時，逆變器輸出的三相電壓不平衡程度不應超過5%-8%。（3）輸出電壓的波形失真度當輸出為正弦波時，一般要求輸出的電壓波形失真度不超過5%。（4）額定輸出頻率逆變器輸出頻率應相對穩定，如工頻59Hz，正常工作時，與額定輸出頻率的偏差應不超過1%。國標GB/T19064-2003規定的輸出頻率應在49-51Hz。（5）負載功率因數表征了逆變器帶感性負載的能力，在正弦波條件下負載功率因數為0.7-0.9。（6）額定輸出電流在規定的負載功率因數范圍內逆變器的額定輸出電流。（7）額定輸出容量當輸出功率因數為1（即純阻性負載）時，額定輸出電壓和額定輸出電流的乘積。（8）額定輸出效率在規定的工作條件下，輸出功率與輸入功率之比，通常應在70%以上。逆變器效率會隨負載的大小而變化，當負載率低于20%和高于80%時，效率要低一些。標準規定逆變器輸出功率大于或等于額定功率的75%時，效率應大于等于80%。但是考慮到逆變器多數時間并不在標準測試條件下工作，而且同一個逆變器在不同的天氣條件下其效率也不一樣，若只比較在標準測試條件下的效率，并不完全合理。為了對不同的逆變器性能進行比較，提出了加權效率的概念。根據歐洲平均水平面上太陽年輻照量約為1000kwh/m2,使用加權效率的公式為η=0.03η5%+0.06η10%+0.13η20%+0.1η30%+0.48η50%+0.2η100%式中，效率η的下標是指現場太陽輻照強度與標準太陽輻照強度(1000W/m2)之比的百分數。例如，η5%表示現場的太陽輻照強度是標準太陽輻照強度的5%時逆變器的效率。在南歐和美國南部，由于當地太陽輻照強度（平均水平面上太陽年輻照量約為1200W/m2）較大，加權效率考慮有個修正因子，通常稱為加州效率，公式為η=0.04η10%+0.05η20%+0.12η30%+0.21η50%+0.53η75%+0.05η100%（9）帶載能力要求逆變器在特定的輸出功率條件下能持續工作一定的時間。帶載能力的標準如下：①輸入電壓與輸出功率為額定值時，逆變器應連續可靠工作4h以上。②輸入電壓和輸出功率為額定值的125%，逆變器應連續可靠工作1min以上。③輸入電壓和輸出功率為額定值的150%，逆變器應連續可靠工作10s以上。（10）額定直流輸入電壓光伏發電系統中輸入逆變器的直流電壓，小功率逆變器輸入電壓一般為12V和24V，中、大功率逆變器輸入電壓有24V、48V、110V、220V和500V等。（11）額定直流輸入電流太陽能光伏發電系統為逆變器提供的額定直流工作電流。（12）直流電壓輸入范圍光伏逆變器直流輸入電壓允許在額定直流輸入電壓的90%-120%范圍內變化，而不影響輸出電壓的變化。(13)使用環境條件①工作溫度。逆變器功率器件的工作溫度直接影響到逆變器的輸出電壓、波形、頻率、相位等許多重要特征，而工作溫度又與環境溫度、海拔高度、相對濕度以及工作狀態有關。②工作環境。對于高頻高壓型逆變器，其工作特性和工作環境、工作狀態有關。在高海拔地區，空氣稀薄，容易出現電路極間放電，影響工作；在高濕度地區則容易結露，造成局部短路。因此逆變器都規定了適用的工作范圍。光伏逆變器的正常使用條件為：環境溫度-20℃~+50℃，海拔≦5500m，相對濕度≦93%，且無凝露；當工作環境和工作溫度超出上述范圍后，要考慮降低容量使用或重新設計定制。（14）電磁干擾和噪聲逆變器中的開關電路極容易產生電磁干擾，容易在鐵芯變壓器上因振動而產生噪聲。因而在設計和制造中都必須控制電磁干擾和噪聲指標，使之滿足有關標準和用戶的要求。其噪聲要求是：當輸入電壓為額定值時，在設備高度的1/2、正面距離為3m處用聲級計分別測量50%額定負載和滿載時的噪聲應小于等于65db。（15）保護功能太陽能光伏發電系統應該具有較高的可靠性和安全性，作為光伏發電系統重要組成部分的逆變器應具有以下保護功能。①欠壓保護.當輸入電壓低于規定的欠壓斷開（LVD）值時，逆變器應能自動關機保護。②過電流保護.當工作電流超過額定值的150%時，逆變器應能自動保護.電流恢復正常后設備又能正常工作。③短路保護.當逆變器輸出短路時，應具有短路保護措施。短路排除后，設備應能正常工作。④極性反接保護.逆變器的正極輸入端和負極輸入端反接時，逆變器應能自動保護。待極性正接后，設備應能正常工作。⑤雷電保護.其防雷器件的技術指標應能保證吸收預期的沖擊能量。7.5.3光伏逆變器的電路構成逆變器的基本電路構成如下圖所示，主要由輸入電路、輸出電路、主逆變開關電路（簡稱主逆變電路）、控制電路、輔助電路和保護電路等構成。各電路作用如下：（1）輸入電路逆變器的輸入電路主要是為主逆變電路提供可確保其正常工作的直流工作電壓。（2）主逆變電路是逆變器的核心，它的主要作用是通過半導體器件開關的導通和關斷完成逆變的功能。逆變電路分為隔離式和非隔離式兩大類。（3）輸出電路主要是對主逆變電路輸出的交流電的波形、頻率、電壓、電流的幅值、相位等進行修正、補償、調理，使之能滿足使用需求。（4）控制電路主要是為主逆變電路提供一系列的控制脈沖來控制逆變開關器件的導通與關斷，配合主逆變電路完成逆變功能。（5）輔助電路主要是將輸入電壓變換成適合控制電路工作的直流電壓。輔助電路還包含多種檢測、顯示電路。逆變器的顯示功能主要包括：直流輸入電壓和電流的測量值，交流輸出電壓和電流的測量值，逆變器的工作狀態（運行、故障、停機等）。（6）保護電路主要包括輸入過壓、欠壓保護，輸出過壓、欠壓保護，過載保護，過流和短路保護，接反保護，過熱保護。7.5.4光伏逆變器的電路原理1.單相逆變器電路原理逆變器的工作原理是通過功率半導體開關器件的開通和關斷作用，把直流電能變換成交流電能的。單相逆變器的基本電路有推挽式、半橋式和全橋式三種，雖然電路結構不同，但工作原理類似。電路中都使用具有開關特性的半導體功率器件，由控制電路周期性的對功率器件發出開、關脈沖控制信號，控制各個功率器件輪流導通和關斷，再經過變壓器耦合升壓或降壓后，整形濾波輸出符合要求的交流電。（1）推挽式逆變電路組成:兩只共負極連接的功率開關管和一個初級帶有中心抽頭的升壓變壓器。①升壓變壓器的中心抽頭接直流電源正極；②兩只功率開關管在控制電路的作用下交替工作，輸出方波或三角波的交流電力。由于功率開關管的共負極（地）連接，使得該電路的驅動和控制電路可以比較簡單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。該電路的缺點：變壓器效率低，帶感性負載的能力較差，不適合直流電壓過高的場合。（2）半橋式逆變電路原理如圖所示，組成：兩只功率開關管、兩只儲能電容器和耦合變壓器等組成。該電路將兩只串聯電容的中點作為參考點，當功率開關管VT1在控制電路的作用下導通時，電容C1上的能量通過變壓器初級釋放，當功率開關管VT2導通時，電容C2上的能量通過變壓器初級釋放，VT1和VT2的輪流導通，在變壓器次級獲得了交流電能。半橋式逆變電路結構簡單，由于兩只串聯電容器的作用，不會產生磁偏或直流分量，非常適合后級帶動變壓器負載。但該電路工作在工頻（50Hz或60Hz）時，需要較大的電容容量，使電路的成本上升，因此該電路更適合于高頻逆變器電路中。（3）全橋式逆變電路組成：四只功率開關管和變壓器等。該電路克服了推挽式逆變電路的缺點，功率開關管VT1、VT4和VT2、VT3反相，VT1、VT3和VT2、VT4輪流導通，使負載兩端得到交流電能。圖中E為輸入的直流電源，R為逆變器的純電阻性負載。為便于理解，用等效電路對全橋式逆變電路進行分析。開關K1~K4等效于VT1~VT4。當開關K2，K4斷開，開關K1，K3接通時，電流流過K1，R，K3，負載R上的電壓極性是左正右負。當開關K1，K3斷開，開關K2，K4接通時，電流流過K2，R，K4，負載R上的電壓極性相反。若兩組開關K1、K3和K2、K4以頻率f交替切換工作時，負載R上便可得到頻率為f的交變電流（交變電壓）該波形為一方波，其周期T=1/f上述幾種電路都是逆變器的最基本電路，在實際應用中，除了小功率光伏逆變器主電路采用這種單級的（DC-AC）轉換電路外，中、大功率光伏逆變器主電路都采用兩級（DC-DC-AC）或三級（DC-AC-DC-AC)的電路結構形式。一般來說，中、小功率光伏系統的太陽電池組件或方陣輸出的直流電壓都不太高，而且功率開關管的額定耐壓值也都比較低，因此逆變電壓也比較低，要得到220V或者380V的交流電，無論是推挽式還是全橋式的逆變電路，其輸出都必須加工頻升壓變壓器，由于工頻變壓器體積大、效率低、笨重，因此只能在小功率場合應用。隨著電力電子技術的發展，新型光伏逆變器電路都采用高頻開關技術和軟開關技術來實現高功率密度的多級逆變。這種逆變電路的前級升壓電路采用推挽逆變電路結構，但工作頻率在20kHz以上，升壓變壓器采用高頻磁性材料作鐵芯，因而體積小、重量輕。低電壓直流電經過高頻逆變后變成了高頻高壓交流電，又經過高頻整流濾波電路后得到高壓直流電（一般均在300V以上），再通過工頻逆變電路實現逆變得到220V或者380V的交流電，整個系統的逆變效率可達到90%以上，目前大多數正弦波光伏逆變器都是采用這種三級電路結構，如下圖所示(逆變器的三級電路結構原理示意圖)。其具體工作過程是：首先將太陽電池方陣輸出的直流電（如24V、48V、110V、220V）通過高頻逆變電路逆變為波形為方波的交流電，逆變頻率一般在幾千赫茲到幾十千赫茲，再通過高頻升壓變壓器整流濾波后變為高壓直流電，然后經過第三級DC-AC逆變為所需要的220V或380V工頻交流電。右圖是逆變器將直流電轉換成交流電的轉換過程示意圖。半導體功率開關器件在控制電路的作用下以1/100s的速度開關，將直流切斷，并將其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形，然后通過電路使矩形的交流波形平滑，得到1/50s正弦交流波形。（4）不同波形單相逆變器優缺點逆變器按照輸出電壓波形的不同，可分為方波逆變器、階梯波形逆變器和正弦波逆變器，其輸出波形如圖所示。在太陽能光伏發電系統中，方波和階梯波逆變器一般都用在小功率場合。下面介紹這3種不同輸出波形逆變器的優缺點。①方波逆變器方波逆變器輸出的波形是方波，也叫矩形波。盡管方波逆變器所使用的電路不盡相同，但共同的優點是線路簡單（使用的功率開關管數量最少）、價格便宜、維修方便，其設計功率一般在數百瓦到幾千瓦之間。缺點是調壓范圍窄、噪聲較大、方波電壓中含有大量高次諧波，帶感性負載如電動機等用電器時將產生附加損耗，因此效率低，電磁干擾大。②階梯波逆變器階梯波逆變器也叫作修正波逆變器，階梯波比方波波形有明顯改善，波形類似于正弦波，波形中的高次諧波含量少，故可以帶包括感性負載在內的各種負載。當采用無變壓器輸出時，整機效率高。缺點是線路較為復雜。為把方波修正成階梯波，需要多個不同的復雜電路，產生多種波形疊加修正而成，這些電路使用的功率開關管也較多，電磁干擾嚴重。階梯波形逆變器不能用于并網發電的場合。③正弦波逆變器正弦波逆變器輸出的波形與交流市電的波形相同，適合于并網光伏發電系統。這種逆變器的優點是輸出波形好、失真度低，干擾小、噪聲低，保護功能齊全，整機性能好，技術含量高。缺點是線路復雜、維修困難、價格較貴。高次諧波：對于任意一復合周期振動函數f(t)按傅氏級數分解表示為：第一項稱均值或直流分量，第二項為基波或基本振動，第三項稱二次諧波，依此類推或把二次諧波以后的統稱為高次諧波。根據傅里葉級數的原理，周期函數都可以展開為常數與一組具有共同周期的正弦函數和余弦函數之和。上式稱為f（t）的傅里葉級數。C1為基波幅值，cn為n次諧波的幅值。諧波的頻率必然也等于基波的頻率的整數倍，基波頻率3倍的波稱之為三次諧波，基波頻率5倍的波稱之為五次諧波，以此類推，不管幾次諧波都是正弦波。高于基波頻率的諧波稱為高次諧波，高次諧波的頻率是基波頻率的整數倍。或者說頻率為基波頻率2倍以上的正弦波均為高次諧波。2.三相逆變器電路原理單項逆變器由于受到功率開關器件的容量、零線（中性線）電流、電網負載平衡要求和用電負載性質等的限制，容量一般都在100kVA以下，大容量的逆變電路大多采用

三相形式。三相逆變器按照直流電源的性質不同分為三相電壓型逆變器和三相電流型逆變器。（1）三相電壓型逆變器電壓型逆變器就是逆變電路中的輸入直流能量由一個穩定的電壓源提供，其特點是逆變器在脈寬調制時的輸出電壓的幅值等于電壓源的幅值，而電流波形取決于實際的負載阻抗。三相電壓型逆變器的基本電路如圖所示。組成：該電路主要由6只功率開關器件和6只續流二極管以及帶中性點的直流電源組成。圖中負載L和R表示三相負載的各路相電感和相電阻。功率開關器件VT1-VT6在控制電路的作用下，當控制信號為三相互差120°的脈沖信號時，可以控制每個功率開關器件導通180°或120°（180度導通時縱向環流，就是一個橋臂的上下兩個開關器件之間換流，共三個橋臂，所以同一時刻會有三個開關器件導通。120度導通是橫向換流，就是逆變電路的橋臂的上半部分之間換流，下半部分進行換流，所以同一時刻會有兩個開關器件導通），相鄰兩個開關器件的導通時間互差60°。逆變器三個橋臂中上部和下部開關元件以180°間隔交替開通和關斷，VT1-VT6以60°的相位差依次開通和關斷，在逆變器輸出端形成a、b、c三相電壓。控制電路輸出的開關控制信號可以是方波、階梯波、脈寬調制方波、脈寬調制三角波和鋸齒波等，其中后三種脈寬調制的波形都是以基礎波作為載波，正弦波作為調制波，最后輸出正弦波波形。普通方波和被正弦波調制的方波的區別如圖所示，與普通方波信號相比，被調制的方波信號是按照正弦波規律變化的系列方波信號，即普通方波信號是連續導通的，而被調制的方波信號要在正弦波調制的周期內導通和關斷N次。（2）三相電流型逆變器電流型逆變器的直流輸入電源是一個恒定的直流電流源，需要調制的是電流，若一個矩形電流注入負載，電壓波形則是在負載阻抗的作用下生成的。在電流型逆變器中，有兩種不同的方法控制基波電流的幅值，一種方法是直流電流源的幅值變化法，這種方法使得交流電輸出側的電流控制比較簡單；另一種方法是用脈寬調制來控制基波電流。三相電流型逆變器的基本電路如圖所示。組成：6只功率開關器件和6只阻斷二極管以及直流恒流源、浪涌吸收電容等構成，R為用電負載。特點：在直流電輸入側接有較大的濾波電感，當負載功率因數變化時，交流輸出電流的波形不變，即交流輸出電流波形與負載無關。與電壓型逆變器的區別：電壓型逆變器在每個功率開關元件上并聯了一個續流二極管（通常所說的“續流二極管”由于在電路中起到續流的作用而得名，一般選擇快速恢復二極管或者肖特基二極管來作為“續流二極管”，它在電路中一般用來保護元件不被感應電壓擊穿或燒壞，以并聯的方式接到產生感應電動勢的元件兩端，并與其形成回路，使其產生的高電動勢在回路以續電流方式消耗，從而起到保護電路中的元件不被損壞的作用），而電流型逆變器則是在每個功率開關元件上串聯了一個反向阻斷二極管。與三相電壓型逆變器電路一樣，三相電流型逆變器也是由三組上下一對的功率開關元件構成，但開關動作的方法與電壓型不同。由于在直流輸入側串聯了大電感L，使直流電流的波動變化較小，當功率開關器件開關動作和切換時，都能保持電流的穩定和連續。因此三個橋臂中上邊開關元件VT1、VT3、VT5中的一個和下邊開關元件VT2、VT4、VT6中的一個，均可按每隔1/3周期分別流過一定值的電流，輸出的電流波形是高度為該電流值的120°通電期間的方波。另外，為了防止連接感性負載時電流急劇變化而產生浪涌電壓，在逆變器的輸出端并聯了浪涌吸收電容C。三相電流型逆變器的直流電源即直流電流源是利用可變電壓的電源通過電流反饋控制來實現的。但是，僅用電流反饋，不能減少因開關動作形成的逆變器輸入電壓的波動而使電流隨著波動，所以在電源輸入端串入了大電感（電抗器）L。電流型逆變器非常適合在并網系統應用，特別是在太陽能光伏發電系統中，電流型逆變器有著獨特的優勢。3.并網型逆變器的電路原理并網型逆變器是并網光伏發電系統的核心部件。與離網型光伏逆變器相比，并網逆變器不僅要將太陽能光伏發電系統輸出的直流電轉換為交流電，還要對交流電的電壓、電流、波形、頻率、相位與同步等進行控制，還要解決對電網的電磁干擾、自我保護、單獨運行和孤島效應以及最大功率跟蹤等技術問題，因此對并網型逆變器有更高的技術要求。并網光伏逆變系統結構示意圖（1）并網逆變器的技術要求①逆變器必須輸出正弦波電流。光伏系統饋入公用電網的電力，必須滿足電網規定的指標，如逆變器的輸出電流不能含有直流成分，高次諧波必須盡量減少，不能對電網造成諧波污染。②逆變器在負載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運行。光伏系統的能量來自太陽，而日照強度隨著氣候變化，所以工作時輸入的直流電壓變化較大，這就要求逆變器在不同的日照條件下都能高效運行。同時要求逆變器本身也要有較高的逆變效率，一般中、小功率逆變器滿載時的逆變效率要求達到85%-90%，大功率逆變器滿載時的逆變效率要求達到90%-95%。③逆變器能使光伏方陣始終工作中最大功率點狀態。太陽電池的輸出功率與日照、溫度、負載的變化有關，即其輸出特性具有非線性關系。這就要求逆變器具有最大功率跟蹤功能，而不論日照、溫度等如何變化，都能通過逆變器的自動調節實現太陽電池方陣的最佳運行。④具有較高的可靠性。許多光伏發電系統處在邊遠地區和無人值守維護的狀態。這就要求逆變器要具有合理的電路結構和設計，具備一定的抗干擾能力、環境適應能力、瞬時過載保護能力以及各種保護功能，如輸入直流極性接反保護、交流輸出短路保護、過熱保護、過載保護等。⑤要求有較寬的直流電壓輸入適應范圍。太陽電池方陣的輸出電壓會隨著負載和日照強度、氣候條件的變化而變化，對于接入蓄電池的并網光伏系統，雖然蓄電池對太陽電池輸出電壓具有一定的鉗位作用，但由于蓄電池本身電壓也隨著蓄電池的剩余電量和內阻的變化而波動，特別是不接蓄電池的光伏系統或蓄電池老化時的光伏系統，其端電壓的變化范圍很大。例如一個接12V蓄電池的光伏系統，它的端電壓會在11-17V之間變化。這就要求逆變器必須在較寬的直流電壓輸入范圍內都能正常工作，并保證交流輸出電壓的穩定。⑥要求逆變器體積小、重量輕，以便于室內安裝或墻壁上懸掛。⑦要求在電力系統發生停電時，并網光伏系統既能獨立運行，又能防止孤島效應，能快速檢測并切斷向公用電網的供電，防止觸電事故的發生。待公用電網恢復供電后，逆變器能自動恢復并網供電。（2）并網逆變器的電路原理太陽電池方陣在日照下發出的是直流電，必須轉變成交流電后才能并入電網，所以無論采用何種技術，逆變器的基本設計思想都很明確，其核心就是將直流電壓轉換成可并網的交流電壓。即在轉換的過程中，不斷地變換直流電的正、負極連接，從而形成方向變化的交流電。所以，逆變器的關鍵部件是開關橋，它的一側連接輸入直流電源，在另一側連接交流電網，在工作過程中，只有兩個相對的開關可以同時關閉。

如果將此開關橋的開關速度設置成與電網頻率相同，則在理論上可以將橋的輸出側與電網連接。但是，由于這樣輸出的電流是方波，且強度沒有變化，因此需要在輸出端另外安裝一個具有鐵芯的電感器，用以將輸出電流控制為正弦波形狀。橋的開和斷采取脈沖過程進行，從而形成與脈沖相關的較小電流分量，用來對電感器的電流進行控制。脈沖的頻率一般為20kHz，這樣就完全可以形成50Hz的交變電流。對于光伏逆變器來說，在輸入端還需要配有電容器，作用是儲存電能，確保來自發電側的電流持續供給開關橋，并通過與電網頻率同步變化的橋進入電網。只有在輸入電容器的容量足夠大的情況下，才能保證光伏發電系統能持續、正常地向電網輸送電能。但在實際應用中，輸入電壓的范圍有一點的局限性。對于并網發電應用，其輸入電壓必須在任何時刻都高于電網的峰值電壓。當電網電壓的有效值為250V時，達到正常并網要求的發電側的最低電壓應為354V。與標準逆變器的基本設計不同，直接并網逆變器有很多方法來調整或提升輸入電壓范圍。常用的逆變器技術方案與結構也各不相同，有的采用電子升壓變換器，也有的采用有整流器的高頻變換器來提升輸入端電壓值，或采用50Hz變換器來降低輸出端電壓值等。P171并網逆變控制原理并網逆變系統由并網逆變器T、交流電感L、功率管（T1-T4）、直流儲能電容C、微處理器控制系統及光伏方陣PV組成。并網運行時，電網側電流正弦化控制過程：首先，直流給定電壓Ud*與反饋電壓Ud相比較得到誤差電壓信號△Ud，△Ud經電壓調節后輸出電流i幅值指令Im*，其相位由與電網電壓同步的單位正弦波信號sinωt獲得，兩者相乘得正弦電流指令信號iN*，經電流調節器控制后，由PWM模式發生器輸出控制信號，以強迫輸出電流跟蹤輸入電流，當iN和UN反相時，電能將從光伏方陣向電網饋送。通常對于100kW以上的大、中型光伏并網系統，應采用三相并網的方式。①三相并網逆變器電路原理輸出電壓一般為交流380V或更高電壓，頻率為50/60Hz,其中50Hz為中國和歐洲標準，60Hz為美國和日本標準。三相并網逆變器多用于容量較大的光伏發電系統，輸出波形為標準正弦波，功率因數接近1.0。三相并網逆變器的電路原理圖電路分為主電路和微處理器電路兩部分。主電路：主要完成DC-DC-AC的轉換和逆變過程。微處理器電路：主要完成系統并網的控制過程。系統并網控制的目的是使逆變器輸出的交流電壓值、波形、相位等維持在規定的范圍內，因此，微處理器控制電路要完成電網相位實時檢測、電流相位反饋控制、光伏方陣最大功率跟蹤以及實時正弦波脈寬調制信號發生等內容。具體工作過程：公用電網的電壓和相位通過霍爾傳感器送給微處理器的A/D轉換器，微處理器將回饋電流的相位與公用電網的電壓相位做比較，其誤差信號通過PID運算器運算后送給PWM脈寬調制器，這就完成了功率因數為1的電能回饋過程。微處理器完成的另一項主要工作是實現光伏方陣的最大功率輸出。光伏方陣的輸出電壓和電流分別由電壓、電流傳感器檢測并相乘，得到方陣輸出功率，然后調節PWM輸出占空比。這個占空比的調節實質上就是調節回饋電壓大小，從而實現最大功率尋優。當U的幅值變化時，回饋電流和電網電壓之間的相位角Φ也將有一定的變化。因此自然實現了相位有幅值的解耦控制，使微處理器的處理過程更簡便。②單相逆變器電路原理單項并網逆變器輸出電壓為交流220V或110V等，頻率為50Hz，波形為正弦波，多用于小型的戶用系統。單相并網逆變器電路原理圖如下，其逆變和控制過程與三相并網逆變器基本類似。③電網斷電時逆變器的單獨運行方式P172工作原理：當公用電網斷電時，電網側相當于短路狀態，此時并網運行的逆變器將由于過載而自動保護。當微處理器檢測過載時，除封鎖SPWM信號外，還將斷開繼電器RE，此時若光伏方陣有能量輸出，逆變器將在單獨運行狀態下運行。單獨運行時控制相對簡單，即為交流電壓的負反饋狀態，微處理器通過檢測逆變器輸出電壓并與參考電壓（通常為220V）比較，然后控制PWM輸出占空比，實現逆變和穩壓運行。當然，單獨運行的前提是光伏方陣在當時能夠提供足夠的功率。若負載太大或日照條件較差，則逆變器無法輸出足夠的功率，光伏方陣的端電壓即會下降，從而使輸出交流電壓降低而進入低壓保護狀態。當電網恢復供電時，將自動切換至回饋狀態。（3）并網逆變器單獨運行的檢測與孤島效應防治在太陽能光伏并網發電過程中，由于光伏發電系統與電力系統并網運行，當電力系統由于某種原因發生異常而停電時，如果太陽能光伏發電系統不能隨之停止工作或與電力系統脫開，則會向電力輸電線路繼續供電，這種運行狀態被形象的稱為“孤島效應”。特別是當太陽能光伏發電系統的發電功率與負載用電功率平衡時，即使電力系統斷電，光伏發電系統輸出端的電壓和頻率等參數不會快速隨之變化，使光伏發電系統無法正確判斷電力系統是否發生故障或中斷停電，因而極易導致“孤島效應”現象的發生。“孤島效應”產生后的嚴重后果。當電力系統電網發生故障或中斷供電后，由于光伏發電系統仍然繼續給電網供電，會威脅電力供電線路的修復及維修作業人員及設備的安全，造成觸電事故。不僅妨礙了停電故障的檢修和正常運行的盡快恢復，而且有可能給配電系統及一些負載設備造成損害。因此為了確保維修作業人員的安全和電力供電的及時恢復，當電力系統停電時，必須使太陽能光伏系統停止運行或與電力系統自動分離（此時太陽能光伏系統自動切換成獨立供電系統，還將繼續運行為一些應急負載或必要負載供電）。在逆變器電路中，檢測出光伏系統單獨運行狀態的功能稱為單獨運行檢測。檢測出單獨運行狀態，并使太陽能光伏系統停止運行或與電力系統自動分離的功能就叫單獨運行停止或孤島效應防治。單獨運行檢測功能分為被動式檢測和主動式檢測兩種方式。a.被動式檢測方式通過實時監視電網系統的電壓、頻率、相位的變化，檢測因電網電力系統停電向單獨運行過渡時的電壓波動、相位跳動、頻率變化等參數變化，檢測出單獨運行狀態的方法。被動式檢測方式有電壓相位跳躍檢測法、頻率變化率檢測法、電壓諧波檢測法、輸出功率變化率檢測法等，其中電壓相位跳躍檢測法較為常用。電壓相位跳躍檢測法的檢測原理圖檢測過程：周期性的測出逆變器的交流電壓的周期，如果周期的偏移超過某設定值以上時，則可判定為單獨運行狀態。此時使逆變器停止運行或脫離電網運行。通常與電力系統并網的逆變器是在功率因數為1（即電力系統電壓與逆變器的輸出電流同相）的情況下運行，逆變器不向負載提供無功功率，而由電力系統供給無功功率。但單獨運行時電力系統無法供給無功功率，逆變器不得不向負載供給無功功率，其結果是使電壓的相位發生驟變。檢測電路檢測出電壓相位的變化，判定光伏發電系統處于單獨運行狀態。b.主動式檢測方式由逆變器的輸出端主動向系統發出電壓、頻率或輸出功率等變化量的擾動信號，并觀察電網是否受到影響，根據參數變化檢測出是否處于單獨運行狀態。主動式檢測方式有頻率偏移方式、有功功率變動方式、無功功率變動方式和負載變動方式等。較常用的是頻率偏移方式。頻率偏移方式

工作原理圖該方式是根據單獨運行中的負荷狀況，使太陽能光伏系統輸出的交流電頻率在允許的變化范圍內變化，根據系統是否跟隨其變化來判斷光伏發電系統是否處于單獨運行狀態。例如使逆變器的輸出頻率相對于系統頻率做±0.1Hz的波動，在與系統并網時，此頻率的波動會被系統吸收，所以系統的頻率不會改變，當系統處于單獨運行狀態時，此頻率的波動會引起系統頻率的變化，根據檢測出的頻率可以判斷為單獨運行。一般當頻率波動持續0.5s以上時，則逆變器會停止運行或與電力電網脫離。7.5.4光伏逆變器的性能與選用1.光伏逆變器的主要性能特點（1）離網逆變器主要性能特點①采用16位單片機或32位DSP微處理器進行控制。②太陽能充電采用PWM控制模式，大大提高了充電效率。③采用數碼或液晶顯示各種運行參數，可靈活設置各種定值參數。④方波、修正波、正弦波輸出，純正弦波輸出時，波形失真度一般小于5%。⑤穩壓精度高，額定負載狀態下，輸出精度一般不大于±3%。⑥具有緩啟動功能，避免對蓄電池和負載的大電流沖擊。⑦高頻變壓器隔離，體積小、重量輕。⑧配備標準的RS232/485通信接口，便于遠程通信和控制。⑨可在海拔5500m以上的環境中使用，適應環境溫度范圍為-20~50℃。⑩具有輸入接反保護、輸入欠壓保護、輸入過壓保護、輸出過壓保護、輸出過載保護、輸出短路保護、過熱保護等多種保護功能。（2）并網逆變器主要性能特點①功率開關器件采用新型IPM模塊，大大提高系統效率②采用MPPT自尋優技術實現太陽能電池最大功率跟蹤，最大限度的提高系統的發電量。③液晶顯示各種運行參數，人性化界面，可通過按鍵靈活設置各種運行參數。④設置有多種通信接口可供選擇，可方便地實現上位機監控（上位機是指：人可以直接發出操控命令的計算機，屏幕上顯示各種信號變化如電壓、電流、水位、溫度、光伏發電量等）。⑤具有完善的保護電路，系統可靠性高。⑥具有較寬的直流電壓輸入范圍。⑦可實現多臺逆變器并聯組合運行，簡化光伏電站設計，使系統能夠平滑擴容。⑧具有電網保護裝置，具有防孤島效應保護功能。⑨并網逆變器利用電網本身可吸收巨大能量的功能，使并網發電系統無需增設蓄電池，節省系統投資，減少系統維護。2.光伏逆變器的選用光伏逆變器是太陽能光伏發電系統的主要部件和重要組成部分，為了保證太陽能光伏發電系統的正常運行，對逆變器的正確配置選型顯得尤為重要。逆變器的配置選型除了要根據整個光伏發電系統的各項技術指標并參考生產廠家提供的產品樣本手冊來確定外，一般還要重點考慮下列幾項技術指標。（1）額定輸出容量額定輸出容量表示逆變器向負載供電的能力。額定輸出容量高的逆變器可以帶更多的用電負載。選用逆變器時應首先考慮具有足夠的額定容量，以滿足最大負荷下設備對電功率的要求，以及系統的擴容及一些臨時負載的接入。當用電設備以純電阻性負載為主或功率因數大于0.9時，一般選取逆變器的額定容量為用電設備功率的1.10~1.15倍即可。在逆變器以多個設備為負載時，逆變器容量的選取要考慮幾個用電設備同時工作的可能性，即負載同時系數。但當逆變器的負載不是純阻性時，也就是輸出功率因數小于1時，逆變器的負載能力將小于所給出的額定輸出功率值。（2）輸出電壓的調整性能輸出電壓的調整性能表示逆變器輸出電壓的穩壓能力。一般逆變器給出電壓調整率和負載調整率。電壓調整率：逆變器的輸入直流電壓在允許波動范圍內該逆變器輸出電壓的偏差應不大于3%。負載調整率：高性能的逆變器應同時給出當負載由0向100%變化時，該逆變器輸出電壓的偏差應不大于6%。離網型光伏發電系統是以蓄電池為儲能設備的。而蓄電池的電壓與使用情況有關，當標稱電壓為12V的蓄電池處于浮充電狀態時，端電壓可達13.5V，短時間過充電狀態可達15V；蓄電池帶負荷放電終了時端電壓可降至10.5V或更低。蓄電池端電壓的變化可達標稱電壓的30%左右。因此為了保證光伏發電系統以穩定的交流電壓供電，必須要求逆變器具有很好的調壓功能。（3）整機效率整機效率表示逆變器自身功率損耗的大小。容量較大的逆變器還要給出滿負荷工作和低負荷工作下的效率值。一般千瓦級以下的逆變器的效率應為80%-85%；10kW級的效率應為85%-90%；更大功率的效率必須在90%-95%以上。逆變器的效率高低對光伏發電系統提高有效發電量和降低發電成本有重要影響。光伏發電系統專用逆變器在設計中應特別注意減少自身功率損耗，提高整機效率。這是因為10kW級的通用型逆變器實際效率只有70%-80%，將其用于光伏發電系統時將帶來總發電量20%-30%的電能損耗。所以，當用戶系統不用電時，應當將逆變器關斷以減少不用電時的損耗。（4）保護功能逆變器對外電路的過電電流及短路現象最為敏感。因此，過電壓、過電流及短路自動保護是保證逆變器安全運行的最基本措施，功能完善的正弦波逆變器不但具有當溫升超過規定的最高限度時的過熱保護功能，而且還應有斷路、缺相保護等功能。（5）啟動性能逆變器應保持在額定負載下可靠啟動。高性能的逆變器可以做到連續多次滿負荷啟動而不損壞功率開關器件及其他電路。小型逆變器為了自身安全，有時采用軟啟動或限流啟動措施或電路。以上幾條是逆變器設計和選購的主要依據，也是評價逆變器技術性能的重要指標。3光伏逆變器產品介紹購買逆變器時要求對產品型號、額定直流電壓、額定功率、性能特點等都知道其含義，特別要與整個太陽能光伏系統匹配。（1）SQ系列太陽能逆變器SQ系列產品是光伏發電控制、逆變一體機，將太陽能控制器和逆變器合二為一。① 控制逆變器型號說明代表型號：SQ24500SQ代表控制逆變器；24代表額定直流電壓；500代表額定功率500V?A②性能特點a． 采用高性能微處理器，具有高可靠性、高效率、體積小、攜帶方便等特點。b． 具備各種保護功能c． 太陽能充電采用PWM控制模式，大大提高了充電效率。d.數碼或液晶顯示各種運行參數，配合觸摸按鍵和指示燈可靈活設置定值參數。e.獨特的經濟運行模式更加節約能源f.數據通訊