光伏逆變器原理

　　光伏逆變器（PV inverter或solar inverter）可以將光伏（PV）太陽能板產生的可變直流電壓轉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備使用。太陽能逆變器有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點追蹤及孤島效應保護的機能。

　　逆變裝置的核心，是逆變開關電路，簡稱為逆變電路。該電路通過電力電子開關的導通與關斷，來完成逆變的功能。

　　光伏逆變器分類

　　有關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制型逆變器等。根據(jù)應用在并網(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合的不同進行分類。

　　1、集中型逆變器

　　集中逆變技術是若干個并行的光伏組串被連到同一臺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，功率較小的使用場效應晶體管，同時使用DSP轉換控制器來改善所產出電能的質量，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），采用集中逆變的方式會導致逆變過程的效率降低和電戶能的下降。同時整個光伏系統(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用空間矢量的調制控制以及開發(fā)新的逆變器的拓撲連接，以獲得部分負載情況下的高效率。

　　2、組串型逆變器

　　組串逆變器是基于模塊化概念基礎上的，每個光伏組串（1-5kw）通過一個逆變器，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)在國際市場上最流行的逆變器。

　　許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優(yōu)點是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時減少了光伏組件最佳工作點與逆變器不匹配的情況，從而增加了發(fā)電量。技術上的這些優(yōu)勢不僅降低了系統(tǒng)成本，也增加了系統(tǒng)的可靠性。同時，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，讓其中一個或幾個工作，從而產出更多的電能。

　　最新的概念為幾個逆變器相互組成一個“團隊”來代替“主-從”的概念，使得系統(tǒng)的可靠性又進了一步。目前，無變壓器式組串逆變器已占了主導地位。

　　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，會由10塊左右光伏電池板串聯(lián)接入。當10塊串聯(lián)的電池板中，若有一塊不能良好工作，則這一串都會受到影響。若逆變器多路輸入使用同一個MPPT，那么各路輸入也都會受到影響，大幅降低發(fā)電效率。在實際應用中，云彩，樹木，煙囪，動物，灰塵，冰雪等各種遮擋因素都會引起上述因素，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微型逆變器，當電池板中有一塊不能良好工作，則只有這一塊都會受到影響。其他光伏板都將在最佳工作狀態(tài)運行，使得系統(tǒng)總體效率更高，發(fā)電量更大。在實際應用中，若組串型逆變器出現(xiàn)故障，則會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之小。

　　4、功率優(yōu)化器

　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)加裝功率優(yōu)化器（OptimizEr）可大幅提升轉換效率，并將逆變器（Inverter）功能化繁為簡降低成本。為實現(xiàn)智慧型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，裝置功率優(yōu)化器可確實讓每一個太陽能電池發(fā)揮最佳效能，并隨時監(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，主要任務是替代逆變器原本的最佳功率點追蹤功能。功率優(yōu)化器藉由將線路簡化以及單一太陽能電池即對應一個功率優(yōu)化器等方式，以類比式進行極為快速的最佳功率點追蹤掃描，進而讓每一個太陽能電池皆可確實達到最佳功率點追蹤，除此之外，還能藉置入通訊晶片隨時隨地監(jiān)控電池狀態(tài)，即時回報問題讓相關人員盡速維修。

　　光伏逆變器有哪些保護功能

　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組件、并網(wǎng)逆變器、計量裝置及配電系統(tǒng)組成（如下圖。太陽能通過太陽能電池組件轉換為直流電力，再通過并網(wǎng)光伏逆變器將直流電能轉換為與電網(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)逆變器為太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵設備。

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

　?。?）輸入過壓保戶：

　　當輸入端電壓高于額定電壓的130%時，逆變器應有保護和顯示。

　　（2）輸入欠壓保戶：

　　當輸入端電壓低于額定電壓的85%時，逆變器應有保護和顯示。

　?。?）輸入反接保護：

　　當輸入端正、負極接反時，逆變器應有防護功能和顯示。

　?。?）防雷保護：

　　逆變器應有防雷保護。

　?。?）過電流保護：

　　逆變器的過電流保護，應能保證在負載發(fā)生短路或電流超過允許值時及時動作，使其免受浪涌電流的損傷。當工作電流超過額定的150%時，逆變器應能自動保護。

　?。?）輸出短路保戶

　　逆變器短路保護動作時間應不超過0.5s。

　?。?）過溫保護等。

　　另外，對無電壓穩(wěn)定措施的逆變器，逆變器還應有輸出過電壓防護措施，以使負載免受過電壓的損害。

　　一款性能優(yōu)良的逆變器，應具備完備的保護功能或措施，以應對在實際使用過程中出現(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。