光伏逆变器介绍 目录 1.逆变器图 2.逆变器原理和功能 3.逆变器结构、主要组成部件 4.逆变器主要技术指标 5.逆变器的类型、特点及选型设计 6.并网逆变器国内外生产厂商 7.光伏二厂组串与集中混合逆变的可行性 1.逆变器图 小型光伏逆变 1.逆变器图 大型光伏逆变器 1.逆变器图 逆变器箱（房） 2.逆变器原理和功能 逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要 用于把直流电力转换成交流电力。逆变器主要由晶体管等 开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开 ——关 (ON——OFF)，使直流输入变成交流输出。 2.逆变器原理和功能 以下图的单项桥式逆变电路为例说明其最基本的工作原理。图中 S1——S4是桥式电路的 4个臂，它们由电力电子器件及辅助电路组 成。当开关 S1和 S4闭合，S2和 S3断开时，负载电压 V0为正；当开 关 S2和 S3闭合，S1和 S4断开时，负载电压 V0为负，波形如图所示 。这样就把直流电保持了交流电，改变两组开关的切换频率，即可 改变交流电的频率。 2.逆变器原理和功能 当然，这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形 并不实用。一般需要采用高频脉宽调制 (SPWM) ，使靠近正弦 波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半 周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一 个脉冲波列 ( 拟正弦波 ) 。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成 正弦波 。 2.逆变器原理和功能 下图是逆变器的简单原理图： 2.逆变器原理和功能 光伏逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最 大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功 能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪 控制功能、防单独运行功能（并网系统用）、自动电 压调整功能（并网系统用）、直流检测功能（并网系 统用）、直流接地检测功能（并网系统用）等。 3.逆变器结构、主要组成部件 逆变器一般由升压回路和逆变桥式回路构成。 升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出 控制所需的直流电压；逆变桥式回路则把升压后的 直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。它由 逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，关键电子零组 件绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 。 3.逆变器结构、主要组成部件 逆变系统的核心是逆变开关电路，简称逆变电路。 一个完整的逆变电路，除了主逆变电路外，还要有控 制电路、输入电路、输出电路、辅助电路和保护电路 等组成，如下图所示： 3.逆变器结构、主要组成部件 各电路的作用为： （1 ）、输入电路：为主逆变回路提供可确保其正常工作的 直流电压。 （2 ）、输出电路：对主逆变电路输出的交流电的质量进行 修正、补偿、调理，使之满足要求。 （3 ）、控制电路：为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来 控制逆变开关管的导通和关断，配合主逆变电路完成逆变 功能。 3.逆变器结构、主要组成部件 （4 ）、辅助电路：提供适合控制电路工作的直流电压， 包括多种检测电路。 （5 ）、保护电路：提供所需的各种保护，如：过压、 欠压、过流、短路、过热等。 （6 ）、主逆变电路：由半导体开关器件组成的变换电 路。 4.逆变器主要技术指标 并网逆变器的主要技术指标有： 4.1. 逆变器正常使用环境条件： 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。 4.2. 直流输入最大电流 4.3. 直流输入最大电压 4.逆变器主要技术指标 4.4. 直流输入 MPPT 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。 4.5. 直流输入最大功率 应大于逆变器的额定输出功率。为了充分利用逆变 器的容量，设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率 可以等于直流侧输入最大功率。 4.逆变器主要技术指标 4.6. 最大输入路数 指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。 4.7. 额定输出电压 在规定的输入条件下，逆变器应输出的电压值。 电压波动范围一般应：单相 220V ±5% ，三相 380 ±5% 。 4.8. 额定输出功率 在规定的输出频率和负载功率因数下，逆变器应 输出的额定功率值。 4.逆变器主要技术指标 4.9. 额定输出频率 在并网系统中，额定输出频率要对应所并入的电 网频率，而且当电网的频率和相位有微小波动时，逆 变器输出的交流电应自动追踪电网的频率和相位。当 检测到电网频率波动过大，逆变器将自动切离电网。 我国的市电频率为 50Hz ，并网逆变器频率波动范围一 般在 ±3% 以内。 4.逆变器主要技术指标 4.10. 最大谐波含量 正弦波逆变器，在阻性负载下，输出电压的 最大谐波含量应 ≤10% 。 4.11. 过载能力 在规定的条件下，在较短时间内，逆变器输 出超过额定电流值的能力。逆变器的过载能力应在 规定的负载功率因数下，满足一定的要求。 4.逆变器主要技术指标 4.12. 效率 在额定输出电压、输出，电流和规定的负载功率 因数下，逆变器输出有功功率与输入有功功率（或直流 功率）之比。 目前很多厂家的逆变器效率标示了 效“ 率 ”和 欧洲效率“ ”两种。 效率“ ”一般指一天内某时刻逆变器的最大效率。 欧洲效率是根据一天内日照强度的变化计算加权 值，通过特定的公式计算一天内的 平均效率“ ”，相对 比较科学。 4.逆变器主要技术指标 4.13. 负载功率因数 逆变器负载功率因数的允许变化范围。 4.14. 负载的非对称性在 10% 的非对称负载下，固定频率的三相 逆变器输出电压的非对称性应 ≤10% 。 4.逆变器主要技术指标 4.15. 防护等级 IP （INGRESS PROTECTION ）防护等级系统 是由 IEC （INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION ）所起草。 IP 防护等级是由两个数字所组成，第 1 个数字表示 灯 具离尘、防止外物侵入的等级，第 2 个数字表示灯 具 防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防 护等级越高。 4.16. 保护功能 逆变器应设置：短路保护、过电流保护、过电 压保护、欠电压保护及缺相保护。 4.逆变器主要技术指标 4.17. 干扰与抗干扰 逆变器应在规定的正常工作条件下，能承受一般环 境下的电磁干扰。逆变器的抗干扰性能和电磁兼容性应符 合有关标准的规定。 4.18. 噪声 不经常操作、监视和维护的逆变器，应小于 95db 。 经常操作、监视和维护的逆变器，应小于 80db 。 4.逆变器主要技术指标 4.19. 显示 逆变器应设有交流输出电压、输出电流和输出频 率等参数的数据显示，并有输入带电、通电和故障状态 的信号显示。 4.20. 通信接口 大多数都用在系统运行监控，一般的逆变器通讯接口 模式有 RS-485 、RS-232 以及 GPRS 。 4.21. 机械参数 主要指逆变器的重量和尺寸。 5.逆变器的类型 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 变器等等。 5.逆变器类型 并网型光伏逆变器按照适用场合的不同又可分 为集中型逆变器、组串型逆变器、微型逆变器。 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。 5.逆变器类型 5.1 集中型逆变器： 主要特点是单机功率大、上限功率跟踪（ MPPT ） 数量少、每瓦成本低。目前国内的主流机型以 500KW 、 630KW 为主，欧洲及北美等地区主流机型单机功率 800KW 甚至更高，功率等级和集成度还在不断提高， 德国 SMA 公司推出了单机功率 2.5MW 的逆变器。 集中型逆变器是目前大部分中大型光伏电站的首 选，在全球 5MW 以上的光伏电站中，其选用比例超过 98% 。 5.逆变器类型 集中型逆变器的主要优势有： （1 ） 逆变器数量少，便于管理； （2 ） 逆变器元器件数量少，可靠性高； （3 ） 谐波含量少，直流分量少电能质量高； （4 ） 逆变器集成度高，功率密度大，成本低； （5 ） 逆变器各种保护功能齐全，电站安全性高； （6 ） 有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电 网调节性好。 5.逆变器类型 集中型逆变器的主要缺点有： （1 ） 直流汇流箱故障率较高，影响整个系统。 （2 ） 集中式逆变器 MPPT 电压范围窄，一般为 450- 820V ，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多的部区， 发电时间短。 （3 ） 逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和 设备。 5.逆变器类型 （4 ） 逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电，系统 维护相对复杂。 （5 ） 集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇 流到达逆变器，逆变器上限功率跟踪功能（ MPPT ）不 能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一 路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或 者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率。 （6 ） 集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生 故障停机，整个系统将停止发电。 5.逆变器类型 5.2 组串型逆变器 单机功率在 3-60KW 之间。主流机型单机功率 30-40KW ，单个或多个 MPPT ，一般为 6-15KW 一路 MPPT 。该类逆变器每瓦成本较高，主要应用于中小型 电站，在全球 1MW 以下容量的电站中选用率超过 50% 。 5.逆变器类型 组串型逆变器的主要优势有： （1 ） 组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏串 对应一个逆变器，直流端具有上限功率跟踪功能， 交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异， 和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工 作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电 量。 5.逆变器类型 （2 ） 组串式逆变器 MPPT 电压范围宽，一般为 250-800V ，组件配置更为灵活。在阴雨天，雾气多 的部区，发电时间长。 （3 ） 组串式并网逆变器的体积小、重量轻， 搬运和安装都非常方便，不需要专业工具和设备，也 不需要专门的配电室，在各种应用中都能够简化施工、 减少占地，直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流 配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更 换维护方便等优势。 5.逆变器类型 组成型逆变器主要缺点有： （1 ） 电子元器件较多，功率器件和信号电路在同一 块板上，设计和制造的难度大，可靠性稍差。 （2 ） 功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。户 外型安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化。 （3 ） 不带隔离变压器设计，电气安全性稍差，不适 合薄膜组件负极接地系统，直流分量大，对电网影响 大。 5.逆变器类型 （4 ） 多个逆变器并联时，总谐波高，单台逆变器 THDI 可以控制到 2% 以上，但如果超过 40 台逆变器并联时， 总谐波会迭加。而且较难抑制。 （5 ） 逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度 大。 （6 ） 没有直流断路器和交流断路器，没有直流熔断器， 当系统出现故障时，不容易断开。 （7 ） 单台逆变器可以实现零电压穿越功能，但多机并 现较难。 5.逆变器类型 5. 3 微型逆变器 单机功率在 1KW 以下，单 MPPT ，应用中多为 0.25-1KW 一路 MPPT ，其优点是可以对每块或几 块电池板进行独立的 MPPT 控制，但该类逆变器每 瓦成本很高。目前在北美地区 10KW 以下的家庭光 伏电站中有较多应用。 5.逆变器类型 以逆变器为核心的设计选型，需要在光伏 系统生命周期内寻找总发电量和总成本的平衡 点，还应该要考虑电网接入，如故障穿越能力、电 能质量、电网适应性等方面的要求。依据各种 逆变器的特点，结合所应用的光伏电站实际情 况，从电网友好、高投资回报、方便建设维护 等方面做科学合理的选用。 5.逆变器类型 5.5 几种逆变器的典型应用如图所示。 5.逆变器类型 在上图中，光伏组件通 过串联形成组串，多个组串之间并 联形成方阵，集中型将一个方阵的所有组串直流侧接入 1 台或 2 台逆变器， MPPT 数量相对较少；组串型将一路或几路组串接入 到一台逆变器，一个方阵中有多路 MPPT ，微型逆变器则对每块 电池板进行 MPPT 跟踪。当各组件由于阴影遮挡或朝向不一致时， 则会出现串联和并联失配。组串型方案多路 MPPT 能解决组串 之间并联失配问题，微型逆变器既能解决组串之间的并联失 配，也能解决组件之间的串联失配。因此，从技术方面看， 几种逆变器的本质不同之处在于对组件失配问题的处理。 5.2选用集中式逆变器和组串式逆变器的比较 5.2.1. 组串式 20KW 逆变器和集中式 500KW 逆变器比较 比较项目 20KW 组串式逆变器 500KW 集中式逆变器 汇流箱 不需要汇流箱，直流输入细分到每一串 需要汇流箱集中汇流 直流布线 直流侧布线简单，分布式就地并网；直流电缆短 直流侧布线相对复杂且距离长，必要时需要置多级 ，成本低 汇流，成本相比来说较高 交流布线 交流侧电缆连接距离长，每个逆变器需要一个交 交流侧到变压器距离很短，线损小，交流布线简单 流断路器，可就地并网或交流汇流并网 成本较低 输出电压 输出三相交流 400V，可以直接低压并网，不需要

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