*光伏逆变器简介及原理讲解主要内容一二三四五六七1一、光伏逆变器概述通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。逆变器的概述2光伏逆变器产品发展历史一、光伏逆变器概述SMA是全球最早生产光伏逆变器的生产企业，占全球市场33%左右的市场占有率，为全球光伏逆变器领军企业，其产品发展历史具有一定的代表性。3目前我国在小功率逆变器上与国际处于同一水平，在大功率并网逆变器上，合肥阳光电源大功率逆变器2005年已经批量向国内、国际供货。该公司250KW、500KW等大功率产品都取得了国际、国内认证，部分技术指标已超越国外产品水平，并在国内西部荒漠、世博会、奥运场馆等重点项目上运行，效果良好。国内外技术对比一、光伏逆变器概述国内逆变器的主要生产企业二、光伏逆变器的分类光伏逆变器按宏观可分为：1.普通型逆变器2.逆变/控制一体机3.邮电通信专用逆变器4.航天、军队专用逆变器按逆变器输出交流电能的频率分：（1）工频逆变器工频逆变器的频率为50～60Hz的逆变器（2）中频逆器中频逆变器的频率一般为400Hz到十几kHz（3）高频逆变器高频逆变器的频率一般为十几kHz到MHz。二、光伏逆变器的分类按逆变器输出的相数分可分为：（1）单相逆变器（2）三相逆变器（3）多相逆变器按照逆变器输出电能的去向分可分为：（1）有源逆变器（2）无源逆变器按逆变器主电路的形式分可分为：（1）单端式逆变器（2）推挽式逆变器（3）半桥式逆变器（4）全桥式逆变器按逆变器主开关器件的类型分可分为：（1）晶闸管逆变器（2）晶体管逆变器（3）场效应逆变器（4）绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器按直流电源分可分为:（1）电压源型逆变器（VSI）（2）电流源型逆变器（CSI）按逆变器控制方式分可分为：（1）调频式（PFM）逆变器（2）调脉宽式（PWM）逆变器二、光伏逆变器的分类按逆变器输出电压或电流的波形分可分为：（1）方波逆变器方波逆变器输出的电压波形为方波，此类逆变器所使用的逆变电路也不完全相同，但共同的特点是线路最简单，使用的功率开关数量很少。设计功率一般在百瓦至千瓦之间。方波逆变器的优点是：线路简单，维修方便，价格实惠公道。缺点是：方波电压中含有大量的高次谐波，在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗，对收音机和某些通讯设备有干扰。此外，这类逆变器还有调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大等缺点。二、光伏逆变器的分类（2）阶梯波逆变器此类逆变器输出的电压波形为阶梯波。逆变器实现阶梯波输出也有多种不同的线路。输出波形的阶梯数目差别很大。阶梯波逆变器的优点是：输出波形比方波有明显改善，高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波，当采用无变压器输出时整机效率很高。缺点是阶梯波叠加线路使用的功率开关较多，其中还有些线路形式还要求有多组直流电源输入。这给太阳能电池方阵的分组与接线和蓄电池的均衡充电均带来麻烦。此外阶梯波电压对收音机和某些通讯设备仍有一些高频干扰。（3）正弦波逆变器正弦波逆变器输出的电压波形为正弦波正弦波逆变器的优点是：输出波形好，失真度很低，对收音机及通讯设备干扰小，噪声低。此外，保护功能齐全，整机效率高。缺点是：线路相对复杂，对维修技术方面的要求高，价格昂贵。二、光伏逆变器的分类按隔离方式光伏逆变器可分为：（1）独立光伏系统逆变器独立逆变器包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源，阴极保护，太阳能路灯等带有蓄电池的独立发电系统。二、光伏逆变器的分类（2）并网光伏系统逆变器并网发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后转换后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。二、光伏逆变器的分类逆变器的特点：（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大多数都用在边远地区，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障正常工作。二、光伏逆变器的分类三、光伏逆变器的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。逆变器简单原理图四、逆变器的控制方案：逆变器的操控方法主要有采用经典控制理论的控制策略和采用现代控制理论的控制策略两种。（1）经典控制理论的控制策略1、电压均值反馈控制它是给定一个电压均值，反馈采样输出电压的均值，两者相减得到一个误差，对误差进行PI调节，去控制输出。他是一个恒值调节系统，优点是输出能够达到无净差，缺点是快速性不好。2、电压单闭环瞬时值反馈控制电压单闭环瞬时值反馈控制采用的电压瞬时值给定，输出电压瞬时值反馈，对误差进行PI调节，去输出控制。他是一个随动调节系统，由于积分环节存在相位滞后，系统不可能达到无净差，所以这种操控方法的稳态误差比较大，但快速性比较好3、电压单闭环瞬时值和电压均值相结合的操控方法由于电压瞬时值单闭环控制管理系统的稳态误差比较大，而电压均值反馈误差比较小，可以再PI控制的基础上再增设一个均值电压反馈，以提高系统的稳态误差。4、电压电流双闭环瞬时控制电压单闭环控制在抵抗负载扰动方面的缺点与直流电机的转速单闭环控制比较类似，具体表现在只有当负载（电流、转矩）扰动的影响最终在系统输出端（电压、转速）反映出来后，控制器才开始有反应，基于这一点，可以再电压外环基础上加一个电流内环，利用电流内环快速，及时的抗扰性来抑制负载波动的影响，同时由于电流内环对被控对象的改造作用，使得电压外环调节可以大幅度的简化。四、逆变器的控制方案：（2）现代控制理论的控制策略：1、多变量状态反馈控制多变量状态反馈控制的优点是可以大幅度改善系统的动态品质，因为它可以任意的配置系统的极点，但是建立逆变器的状态模型时很难将负载的动态特性考虑在内，所以，状态反馈只能针对空载或假定负载进行，对此应采用负载电流前馈补偿，预先进行鲁棒性分析，才能使系统有好的稳态和动态性能。2、无差拍控制无差拍控制的基本思想是将给定的正弦参考波形等间隔的划分成若干个周期，根据每个采样周期的起始值采用预测算法计算出在采样结束时负载应输出的值，通过合理计算这个值的大小使系统输出在采样周期结束时与参考波形完全重合，没有一点相位和幅值偏差。四、逆变器的控制方案：一3、滑模变结构控制滑模变结构控制是一种非线性的操控方法。他的基本思想是利用某种不连续的开关控制策略来强迫系统的状态变量沿着某一设计好的滑模面运动。滑模变结构控制的优点是对系统参数变化和外部扰动不敏感，具有较强的鲁棒性。然而，对逆变电源系统来说，要确定一个理想的滑模面是很困难的。并且，在用数字式方法来实现这种控制方式时，开关频率必须充足高。4、模糊控制模糊控制属于智能控制的范畴，与传统的控制方式相比，智能控制最大的优点是不依赖于系统的数学模型，它是控制理论发展的高级阶段，主要用来处理哪些对象不确定性，高度非线、重复控制重复控制是根据内膜原理，对指令和扰动信号均设了一个内膜，因此能达到输出无净差，缺点是：动态响应比较慢，且需要比较大的内存。四、逆变器的控制方案：五、逆变器对于孤岛效应的检测及控制：逆变器直接并网时,除了应具有基本的保护功能外,还应具备防孤岛效应的特殊功能。从用电安全与电能质量考虑,孤岛效应是不允许出现的；孤岛发生时必须快速、准确地切除并网逆变器，由此引出了对于孤岛效应进行仔细的检测的控制。孤岛效应的检测一般分成被动式与主动式。被动式检测是利用电网监测状态如电压、频率、相位等作为判断电网是否故障的依据。如果电网中负载正好与逆变器输出匹配,被动法将无法检测到孤岛的发生。主动检测法则是通过电力逆变器定时产生干扰信号,以观察电网是否受一定的影响作为判断依据,如脉冲电流注入法、输出功率变化检测法、主动频率偏移法和滑模频率偏移法等。它们在实际并网逆变器中都有所应用,但也存在着各自的不足。当电压幅值和频率变化范围小于某一值时,频率偏移法无法检测到孤岛效应,即存在“检测盲区。输出功率变化检测法虽不存在“检测盲区”,然而光伏并网系统受到光照强度等影响*

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