1、第 5 章 光伏控制器及逆變器5.1 控制器 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。在太陽能光伏發(fā) 電系統(tǒng)中，接收太陽光并將太陽光轉(zhuǎn)換成電能的裝置是太陽電池，但將太陽光轉(zhuǎn)換成電能時 由于天氣原因或其他因素的影響，太陽電池的輸出電流并不是很穩(wěn)定。直接供負(fù)載使用將使 負(fù)載非常不穩(wěn)定，甚至?xí)?dǎo)致負(fù)載不能使用以及燒毀的情況。因此在太陽電池組件將光能轉(zhuǎn) 換成電能后，讓電能經(jīng)過蓄電池和充放電控制器以及其他電力部件后供負(fù)載使用。獨(dú)立運(yùn)行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用時，白天日照充足太陽電池組件產(chǎn)生電能過剩，蓄 電池儲存多余的電能。夜間或陰雨天沒有太陽光時，要靠蓄電池貯存和調(diào)節(jié)電能來供負(fù)載合

2、 理使用，以達(dá)到充放電的平衡，從而使系統(tǒng)效率最大加以利用。充放電控制器是太陽能獨(dú)立光伏系統(tǒng)中至關(guān)重要的部件，其主要功能是對獨(dú)立光伏系統(tǒng) 中的儲能元件 蓄電池進(jìn)行充放電控制， 以免蓄電池在使用過程中出現(xiàn)過充或過放的現(xiàn)象， 影響蓄電池壽命，從而提髙系統(tǒng)的可靠性。本節(jié)主要介紹充、放電控制器工作原理以及控制 器的設(shè)計及選型。控制器的工作原理 在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中，為了能讓系統(tǒng)正常運(yùn)行，蓄電池是不可缺少的部件。控制器主要是 為了避免蓄電池在充放電過程中出現(xiàn)過充或過放的情況而設(shè)計的控制部件，它能使蓄電池工 作在最佳狀態(tài)。由于太陽電池組件隨太陽光的變化而變化較大，導(dǎo)致控制器的輸入能量不穩(wěn) 定，所以太陽能光伏發(fā)電

3、系統(tǒng)中的充放電控制比其他應(yīng)用領(lǐng)域的控制要復(fù)雜一些。根據(jù)鉛酸蓄電池的充放電特性如圖 5.1 可知，在對蓄電池充電過程中，當(dāng)蓄電池端電壓 升至 D 點(diǎn)電壓時，就標(biāo)志著蓄電池已充滿，應(yīng)切斷充電開關(guān)線路。所以光伏控制器應(yīng)有檢測 電壓部件，能隨時檢測蓄電池的端電壓；檢測到蓄電池端電壓后控制器中應(yīng)設(shè)有比較電路， 與電壓比較器中設(shè)置的相當(dāng)于 D 點(diǎn)電壓（可稱為“門限電壓”或“電壓閾” ） 比較，如果端 電壓達(dá)到閾值電壓時，表示應(yīng)結(jié)束蓄電池充電過程。在此應(yīng)要注意的是蓄電池在充電期間， 其電解液溫度會升高，由于蓄電池電壓的溫度效應(yīng)，所以此時的閾值電壓應(yīng)根據(jù)檢測到的溫 度而設(shè)定相關(guān)的補(bǔ)償電壓。同理，從蓄電池的放電

4、特性如圖 5.2 可知，在電壓達(dá)到 G 點(diǎn)電壓 時，就意味著蓄電池放電過程終止。所以同樣在光伏控制器中設(shè)置電壓檢測電路和電壓比較 電路，通過測試 G 點(diǎn)電壓來決定是否斷開蓄電池放電線路，從而結(jié)束蓄電池放電過程。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際需求的不同，控制器復(fù)雜程度也不相 同。控制器可以由相對簡單的比較電路組成，也可由單片機(jī)或 DSP 處理器來控制，但不管控 制器由什么組成，其基本原理都相同。從蓄電池充放電原理和控制過程可以分析，光伏充放 電控制器的基本原理圖如圖 5.3 所示：充放電控制器主要由控制電路、開關(guān)元件和其他基本電子元件組成。開關(guān)元件包括充電 開關(guān)、放電開關(guān)，充電開關(guān)

5、用來切斷或接通太陽電池組件和蓄電池，使太陽電池組件對蓄電 池進(jìn)行充電或避免蓄電池過充；放電開關(guān)用來切斷或接通蓄電池和用電負(fù)載，使系統(tǒng)電壓供 負(fù)載使用或避免蓄電池過放。此處講的充放電開關(guān)實(shí)際上是一個廣義上的開關(guān)元件，它可以 是一個繼電器、三極管等元件，也可以是 MOS 管、晶閘管或是機(jī)械等類型的元件，用來切 斷或接通輸電線路的元件控制器控制電路部分是整個光伏控制器的核心，控制電路部分一方面需提供控制電路所 需的穩(wěn)壓電路，以穩(wěn)定供給控制電路部分集成電路所需的電壓，以保證集成電路正常工作； 同時還需要檢測蓄電池的端電壓，根據(jù)蓄電池端電壓與閾值電壓的比較來決定是否切斷或接 通充電開關(guān)和放電開關(guān)，保證系

6、統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求不同，控制電路也 不同，如最簡單的太陽能草坪燈上的控制電路就是用幾支三極管、電阻、電容以及電感等分 立元件組成的充放電電路；較復(fù)雜的如 PHOCOS公司生產(chǎn)的 PL 系列太陽能光伏控制器，其 控制電路由多個微控制器和外圍電路組成，可以檢測溫度、時間、充電容量大小以及可以支 持串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡裙δ堋３送猓€具有友好的人機(jī)顯示界面，用戶可由控制器的顯示界 面直接觀察到控制器檢測到的相關(guān)信息。光伏控制器是太陽能光伏系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其性 能的好壞會影響系統(tǒng)的運(yùn)行。正確理解光伏控制器的工作原理能為設(shè)計控制器和光伏系統(tǒng)提 供重要的信息。控制器的分類及選購注意事項(xiàng) 太

7、陽能光伏控制器的種類很多，根據(jù)所控制的太陽電池組件的路數(shù)可分為單路型控制電 路和多路型控制電路。單路型控制電路顧名思義就是進(jìn)行單路太陽能充電的控制，多路型控 制電路是進(jìn)行多路太陽能充電的控制電路。在設(shè)計光伏系統(tǒng)時需要對蓄電池的容量進(jìn)行檢測 以判斷是否應(yīng)繼續(xù)充電或放電。 目前大部分光伏系統(tǒng)的充放電多采用單路階梯式充放電控制， 或者多路階梯式充放電控制。其中單路階梯式充放電控制模式適用于中小功率的負(fù)載，大功 率負(fù)載多采用多路階梯式充放電控制。單路階梯式充放電如圖 5.4 所示，此種充放電控制主 要是通過控制器實(shí)現(xiàn)對蓄電池的充放電控制。控制器在充電過程中不斷地對蓄電池的端電壓 進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)蓄電池的端

8、電壓大于某個限定值時，就視為已充滿，停止太陽電池向蓄電池充 電。由于這種電路結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，目前應(yīng)用最為廣泛。多路階梯式充放電控制器原理如圖 5.5 所示，其工作過程為，當(dāng)蓄電池充滿電時，控制 電路將控制電子開關(guān)從電子開關(guān) 1至電子開關(guān) N 順序斷開相應(yīng)太陽電池組件。當(dāng)?shù)?路組件 斷開后，控制電路檢測蓄電池電壓是否低于設(shè)定值，若低于設(shè)定值，則控制電路等待；等到蓄電池電壓再次充到設(shè)定值，再斷開第二路太陽電池組件，類似第一路組件。相反的，蓄電池電壓低于恢復(fù)點(diǎn)電壓時，執(zhí)行相反過程，順序接通被斷開的太陽電池組件，直至陽光非常微弱時全部接通。圖中電子開關(guān) 2 為放電斷路開關(guān)，當(dāng)蓄電池容量低于設(shè)定的過

9、放參數(shù)時， 可以斷開電子開關(guān) 2 來斷開負(fù)載，以保證蓄電池不至于過放。蓄電池的電壓受很多因素的影響，如，溫度、濕度等，特別是在充電過程中，蓄電池的 端電壓并不能很好地反映其容量。階梯式充放電控制中蓄電池都與太陽電池直接相連，其端 電壓受太陽電池端電壓制約， V0 并不能準(zhǔn)確的反映蓄電池的容量。這突出表現(xiàn)為當(dāng)系統(tǒng)所處 溫度較高時，由于太陽電池板和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴(yán)重，太陽電池板端電壓隨溫 度升高而降低，而蓄電池端電壓則剛好相反，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻巳不能充入的現(xiàn)象 （常稱之為“虛滿”） 。這在很大程度上影響了蓄電池容量檢測的準(zhǔn)確性， 進(jìn)而阻礙了整個系 統(tǒng)的正常工作，造成能源的極大浪

10、費(fèi)。階梯式充放電模式不能實(shí)現(xiàn)涓流充電，造成了能源的 極大浪費(fèi)，使得本來效率就不高的光伏系統(tǒng)性價比更低。這些問題可以通過相對高端智能型 的太陽能光伏充放電控制器來改進(jìn)效率。太陽能光伏控制器根據(jù)控制電路的復(fù)雜程度不同，又可分為簡易型控制器和智能型控制器。簡易型控制器如最簡單的就是太陽能路燈或草坪燈控制器，其電路非常簡單。圖 5.6 為 一款太陽能草坪燈電路圖。如圖所示，該電路圖中無任何集成電路器件，全部用分立元件構(gòu) 成，但可以良好地控制太陽能草坪燈。其中 BT1 為太陽電池組件， R4 光敏電阻，當(dāng)夜晚或 無光照時呈現(xiàn)高阻特性，使 VQ4 通，從而使草坪燈發(fā)光。通過簡單的分立元件電路可實(shí)現(xiàn)草 坪燈

11、自動控制的功能。智能型光伏控制器可以根據(jù)光伏系統(tǒng)的實(shí)際需要來選擇智能化程度。目前市面上生產(chǎn)光伏控制器的公司比較多，如南京格海、合肥陽光、 SokiOne 等生產(chǎn)的控制器。其中性能較好的有 PHOCOS 公司生產(chǎn)的 PL 系列光伏控制器，其性能良好，智能化程度較高。圖 5.7由圖可見，其不但包括相關(guān)保護(hù)電路，還配備液晶顯示、串行數(shù)據(jù)接口等豐富外圍接口光伏控制器按電路方式的不同還可分旁路型、串聯(lián)型、外觀調(diào)制型等，在此不一一加以介紹目前市場上太陽能光伏控制器的種類繁多，其廠家生產(chǎn)的控制器接口及其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)各不相同，所以在光伏系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需求選擇相應(yīng)的控制器。當(dāng)設(shè)計規(guī)格難 以滿足時，用

12、戶也可以自行根據(jù)要求設(shè)計光伏控制器。太陽能光伏控制器的一個重要作用是 充放電調(diào)節(jié)。各類光伏控制器的功能各不相同，但一般光伏控制器應(yīng)具有以下基本功能。1. 防止蓄電池過充2. 防止蓄電池過放3提供負(fù)載控制的功能4. 光伏控制器工作狀態(tài)信息顯示5. 防雷功能6. 防反接功能 這些功能在一般的光伏系統(tǒng)中都要用到，光伏控制器設(shè)計吋應(yīng)必須考慮到這些功能，設(shè) 計時還可根據(jù)需求設(shè)計帶有數(shù)據(jù)傳輸接口或是信息化顯示或聯(lián)網(wǎng)控制等功能。國家為了規(guī)范 光伏控制器市場，在國標(biāo)中規(guī)定了控制器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：1. 充滿斷開（ HVD ）和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池充滿時，要求控制器具有輸入充滿斷開和恢 復(fù)接通的功能。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的

13、蓄電池值為： 12V；則充滿斷開和恢復(fù)連接電壓參考值：啟動型鉛酸電池充滿斷開為： 15.0V? 15.2V；恢復(fù)連接為： 13.7V。固定型鉛酸電池充滿斷開為： 14.8V? 15.0V；恢復(fù)連接為： 13.7V。密封型鉛酸電池充滿斷開為： 14.1V? 14.5V；恢復(fù)連接為： 13.2V。2. 溫度補(bǔ)償：實(shí)際考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)環(huán)境及蓄電池的工作溫度特性，由于蓄電池在充電 過程中，再化合反應(yīng)產(chǎn)生大量熱不易散出，就會導(dǎo)致電池溫升過高，電解液干涸，造成電池 的熱失控。所以光伏控制器應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能，溫度補(bǔ)償功能主要是在不同的工作環(huán)境溫 度下，對蓄電池設(shè)置更為合理的充電電壓，防止過充電或欠充電狀態(tài)

14、而造成電池充放電容量 過早下降甚至過早報廢。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了溫度系數(shù)在 -37mV/。3. 空載損耗（靜態(tài)電流） 光伏控制器生產(chǎn)后其內(nèi)阻為定值為了降低控制器的損耗，提髙光伏電源的轉(zhuǎn)換效率，控 制器的靜態(tài)電流應(yīng)盡量低。所以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了控制器最大自身耗電不應(yīng)超過其額定充電電流 的 1% 。4. 充、放電回路電壓降 為了降低控制器的損耗，還應(yīng)對控制器充電或放電的電壓降提出要求。在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了 控制器充電或放電的電壓降不應(yīng)超過系統(tǒng)額定電壓的 5%。對選購控制器的相關(guān)技術(shù)要求，可用相應(yīng)方法對參數(shù)進(jìn)行檢測。在對控制器充滿斷開和 恢復(fù)功能進(jìn)行檢測中，對開關(guān)型控制器和脈沖調(diào)制型控制器的檢測方法有所區(qū)別，因?yàn)槊}沖 調(diào)

15、制型開關(guān)控制器在充電回路中沒有特定的恢復(fù)點(diǎn)。開關(guān)型控制器檢測方法如圖 5.8 所示， 用直流穩(wěn)壓電壓接到蓄電池接線端，用來模擬蓄電池電壓。調(diào)整穩(wěn)壓電源電壓到充滿點(diǎn)電壓 時，控制器應(yīng)能斷開充電回路；當(dāng)降低直流穩(wěn)壓電源電壓到恢復(fù)點(diǎn)電壓時，控制器又能自動 接通充電回路，說明控制器充滿斷開和恢復(fù)功能無故障。脈寬調(diào)制型控制器檢測方法如圖 5.9 所示，用直流電源代替太陽電池方陣經(jīng)過控制器給 蓄電池充電， 當(dāng)蓄電池電壓向充滿點(diǎn)電壓變化時， 充電電流應(yīng)慢慢變小直至最后接近為零 （此 時蓄電池電壓達(dá)到充滿值） 。當(dāng)蓄電池放電后電壓由充滿點(diǎn)下降時，充電電流應(yīng)逐漸增大。對 溫度補(bǔ)償測試相對較為簡單，只需將溫度傳感

16、器放入恒溫箱內(nèi)，充滿斷開點(diǎn)隨溫度的變化而 改變，將其變化規(guī)律作出一條曲線， 該曲線的斜率應(yīng)符合溫度系統(tǒng)每節(jié)電池 -37mV/的要求。欠壓斷開和恢復(fù)功能測試如圖 5.10 所示，將直流穩(wěn)壓電源接到控制器中蓄電池的輸入端， 模擬蓄電池的端電壓。將可變電阻接到負(fù)載端來模擬用電負(fù)載。將放電回路的電流調(diào)到額定 值，然后將直流電源的電壓調(diào)至欠壓斷開電壓點(diǎn)，控制器應(yīng)能自動斷開負(fù)載； 將電壓回調(diào)至 恢復(fù)點(diǎn)，控制器應(yīng)能再次接通負(fù)載。如果是帶欠壓鎖定功能的控制器，當(dāng)直流輸入電壓達(dá)到 欠壓恢復(fù)點(diǎn)之上。控制器復(fù)位后應(yīng)能接通負(fù)載。空載損耗的測試方法為斷開太陽能輸入和負(fù)載輸出，并將直流電源接在控制器的蓄電池 接線端， 當(dāng)

17、發(fā)光二極管不工作時， 測量控制器的輸入電流， 其值應(yīng)不大于額定充電電流的 1% 左右。調(diào)節(jié)控制器充電回路電流至額定值，測量控制器充電回路的電壓降，其電壓值應(yīng)不超過 系統(tǒng)額定電壓的 5%。同理調(diào)節(jié)放電回路電流至額定值， 測量控制器中放電回路的電壓降， 其 值不超過系統(tǒng)電壓的 5%。5.2 逆變器在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于太陽電池在陽光照射下產(chǎn)生的是直流電源，雖然目前在 獨(dú)立光伏系統(tǒng)中對部分直流負(fù)載可以直接使用，然而以直流形式直接供電的形式存在很大的 局限性，家庭使用和工業(yè)使用的絕大部分電器都屬于交流設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、電風(fēng)扇、 空調(diào)以及各類電力動力裝置等。在光伏系統(tǒng)中要使用這些交流負(fù)載，就必

18、須先在負(fù)載前加入 將直流電 ( DC，direct current)轉(zhuǎn)變成交流電( AC ，alternating current)的電力變換裝置。在電 力電子中，將交流轉(zhuǎn)成直流的裝置稱為整流裝置，而將直流電轉(zhuǎn)變成交流電的變流裝置是整 流的逆向過程，故將其稱之為逆變器。光伏并網(wǎng)發(fā)電不需要使用蓄電池，且其維護(hù)相對較為 簡單，成本也遠(yuǎn)小于獨(dú)立光伏系統(tǒng)，以后將要成為太陽能光伏發(fā)電的主要形式，而逆變器在 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是必不可少的部件， 逆變器在光伏發(fā)電市場中將會發(fā)揮越來越重要的作用。 對光伏發(fā)電系統(tǒng)不管是離網(wǎng)光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)都可能會使用逆變器，如圖5.11 為并網(wǎng)光伏電系統(tǒng)中逆變器應(yīng)用示意圖，圖

19、 5.12 為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器示意圖。逆變器在電力電子技術(shù)中發(fā)展已較為成熟。逆變器早在 20世紀(jì) 40年代就由美國西屋電 氣公司研制出第一臺逆變器，至今已有 60 余年歷史了，逆變器的電路也逐漸由晶閘管、電力 晶體管、場效應(yīng)管等分立元件發(fā)展到 8位微處理器、 16位單片機(jī)以及到今天的 32 位DSP器 件，使得先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊邏輯控制等技 術(shù)在逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。 一般認(rèn)為逆變技術(shù)的發(fā)展分為兩個階段： 即傳統(tǒng)發(fā)展階段 和髙頻化技術(shù)發(fā)展階段。傳統(tǒng)化發(fā)展階段為 19561980 年期間，開關(guān)器件以低速器件為主， 逆變器的開關(guān)效率較低、波形改

20、善以多重疊加法為主、體積較大、重量較高，此時正弦波逆 變器開始出現(xiàn)； 高頻化技術(shù)發(fā)展階段為 1980年發(fā)展到現(xiàn)在， 逆變器中開關(guān)器件主要為高速器 件為主、逆變器開關(guān)頻率較高、波形改善以 PWM 為主、體積重量向小型化發(fā)展；發(fā)展到現(xiàn) 在逆變效率一般都比較高，正弦波逆變技術(shù)日益完善。以后逆變技術(shù)正向著高頻率、大功率、 高效率、體積小、重量輕的方向發(fā)展。逆變器有著廣泛的用途，它可用于各類交通工具，如汽車、各類艦船以及飛行器，在太 陽能及風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域，逆變器有著不可替代的作用逆變器的工作原理逆變器在電力電子技術(shù)中發(fā)展較為成熟，隨著近年來電子技術(shù)的發(fā)展，其電路結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。逆變器根據(jù)不同分類可

21、分為多種形式的逆變器 ,不同種類的逆變器具體的工 作原理各不相同，但其基本的工作過程是相同的。都是使用具有開關(guān)特性的功率器件，通過 一定的邏輯開關(guān)控制，由主控電路周期性地對功率器件不斷地發(fā)出開關(guān)控制信號，從而使直 流電源變成交變信號， 再經(jīng)過變壓器耦合升 (或降 )壓、整形得到所需要的交流電源。 如圖 5.13 是 DC AC 逆變電路，下面就以此來說明逆變器工作過程。如圖所示， E 為輸入直流電壓， R 為逆變器所接純電阻性負(fù)載， K1、 K2、 K3、K4 為電 子開關(guān)。當(dāng)開關(guān) K1、K3接通而 K2、K4斷開時，電流流經(jīng) Kl、R和 K3，負(fù)載上的電壓極性 為左邊為正，右邊為負(fù)。同樣的，

22、當(dāng) K2 和 K4 接通，而 K1 和 K3 斷開時，電流流經(jīng) K2 、R 和 K4，負(fù)載上的電壓極性為左負(fù)右正。若兩組開關(guān) K1、K3 和 K2、K4 以一定頻率 f 交替變 換通斷時，在負(fù)載上便得到一定交變頻率的交流電壓 ,其電壓波形圖如 5.13 圖中 b 所示。因 為圖中逆變時只是開關(guān)信號而沒有對其波形進(jìn)行修正，所以逆變以后的波形為矩形波。在實(shí) 際使用過程中，逆變器還需加上其他附屬電路來進(jìn)行波形修正和升壓。圖中開關(guān)K1 、K2 、K3 、 K4 是形式上的電子開關(guān)，可以是半導(dǎo)體電子開關(guān)，如功率晶體管、場效應(yīng)管等，也可 以是機(jī)械開關(guān)。圖 5.13(a)所示只是逆變器的逆變原理示意圖，在實(shí)

23、際逆變器電路中一般還需 加入其他電路來構(gòu)成完整的逆變器電路。 如圖 5.14 所示為一款較為簡單的逆變器電子線路圖。其中圖中 BG1、 BG2、BG3、BG4 充當(dāng)電子開關(guān)，用來切斷和接通，使其產(chǎn)生交變頻率 的電壓， BG5 和 DW 為簡單的穩(wěn)壓電路，通過 BG6 和 BG7 再通過變壓器 B 來升壓成所需的 220V 交流電壓。 5.14 圖所示只是一款較為簡單的逆變器電路圖， 目前大部分使用的逆變器中 一般都會使用微處理器來實(shí)行對逆變器的智能化控制，且會加上良好的人機(jī)交互界面便于使在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中， 逆變器一般除了逆變電路和控制電路以外， 一般備有保護(hù)電路、 輔助電路、輸入電路和輸出

24、電路， 以此構(gòu)成一個完整的逆變器， 完整的逆變器模型圖如圖 5.15 所示：逆變主電路一般輸入的是直流電壓， 因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池方陣產(chǎn)生的直流電， 所以在輸入電路中應(yīng)當(dāng)包含相關(guān)的濾波電路和 EM1 電路等。輸出電路一般也包含輸出濾波和 EM 電路，以減小逆變電路產(chǎn)生的波紋對負(fù)載產(chǎn)生的影響。控制電路的作用是產(chǎn)生一系統(tǒng)控 制脈沖來控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，和逆變電路一起來完成逆變功能。原理圖中輔助電 路的功能是將逆變器輸入電壓轉(zhuǎn)換成控制電路所需的直流工作電壓，一般是一個或幾個 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路。保護(hù)電路主要包括輸入（輸出）輸出過壓和欠壓保護(hù)、過載保護(hù)、過流和 短路保護(hù)電路以及過熱保

25、護(hù)等。此外，逆變器原理框圖中最重要的就是逆變主電路。逆變主 電路是由逆變功率開關(guān)等器件組成的轉(zhuǎn)換電路，一般分為隔離式和非隔離式兩大類。整個這 幾大部分構(gòu)成一個完整的逆變器電路，實(shí)際電路將是由各種電子元件組成，如逆變主電路一 般由功率開關(guān)器件組成，控制電路一般由微處理器或 DSP 器件組成，以實(shí)現(xiàn)智能化控制逆變 器。在光伏系統(tǒng)逆變器電路中，主電路的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多數(shù)采用的是三級電路結(jié)構(gòu)， DC -AC-DC-AC ，除此之外 ,還可使用單級結(jié)構(gòu)即 DC-AC 或兩級結(jié)構(gòu) DC-DC-AC 。目前市面上商 用的正弦波逆變器電路較多是 DC- AC- DC- AC 的三級電路結(jié)構(gòu)，其工作原理是首先將太陽

26、 電池方陣的直流低壓 （如常用的 12V、24V、48V或更髙 ）通過高頻逆變?yōu)椴ㄐ螢榉讲ǖ慕涣麟姡?通過升壓變壓器整流濾波后變?yōu)榇笥?110V 以上的高壓直流電， 然后經(jīng)過第三級 DC-AC 逆變 為系統(tǒng)所需的 220V或 380V的工頻交流電，采用這種逆變結(jié)構(gòu)可得到較高的逆變效率。逆變器的分類 逆變器的分類方法很多，可以根據(jù)額定功率大小分類，也可以根據(jù)其輸出波形或其他分 類進(jìn)行分類：2. 按逆變器額定功率分類， 可以分為小型逆變器 （額定功率小于 500W）、中型逆變器 （額 定功率大于 lkW ，小于 10kW）、大型逆變器（額定功率大于 10kW，小于 l00kW ）和超大型 逆變器（

27、額定功率大于 l00kw ）。2. 按逆變器輸出波形分類，可以分為方波輸出逆變器（其交流電壓輸出波形為方波）、階梯波輸出逆變器（其交流輸出電壓波形為階梯形） 、正弦波輸出逆變器（其交流電壓輸出波形 為正弦波）等。3. 按逆變器相數(shù)分類，可以分為單相逆變器、三相逆變器以及多相逆變器等。4. 按逆變器輸出交流電的頻率分類，可以分為工頻逆變器（頻率為50Hz60Hz）、中頻逆變器（交流電頻率為幾百 Hz 至 10kHz）和高頻逆變器（ 10kHz 至 MHz ）。5. 按逆變器穩(wěn)定輸出參數(shù)分類，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器。6. 按逆變器主電路結(jié)構(gòu)分類，可以分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆

28、變器。7. 按逆變技術(shù)控制方式分類，可以分為調(diào)頻式（ PFM）逆變器和脈寬調(diào)制（ PWM ）逆變 器。8. 按太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電方式不同，可以分為離網(wǎng)型逆變器和并網(wǎng)型逆變器。9. 按照逆變器中主要開關(guān)器件類型分類，可以分為晶閘管或可控硅SCR 逆變器、大功率晶體管逆變器（ GTR）、大功率晶閘管逆變器（ GTO）、場效應(yīng)管逆變器（ VMOSFET ）、絕緣 門極雙晶體管（ IGBT ）等。逆變器重要技術(shù)指標(biāo) 為了對逆變器性能有一個較好的理解，必須熟悉逆變器的幾個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。逆變器的 重要指標(biāo)有：1. 逆變效率 逆變效率是恒量逆變器性能的一個重要參數(shù)，逆變效率值用來表征其自身損耗功率的大

29、小，通常以來表示。逆變器中逆變效率直接關(guān)系到系統(tǒng)效率，如果逆變器逆變效率過低， 將嚴(yán)重導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽電池方陣的轉(zhuǎn)換效率目前一般不 超過 18%,且太陽電池的成本較高，如果想提高 2%3%轉(zhuǎn)換效率非常困難，但提高逆變器逆 變效率 3%5%卻是完全可能的。 逆變器效率的髙低是逆變器性能好壞的一個重要標(biāo)準(zhǔn)， 對光 伏發(fā)電系統(tǒng)提高發(fā)電量和降低發(fā)電成本有著重要影響。2. 額定輸出容量 額定輸出容量是用來表征逆變器向負(fù)載供電的能力。額定輸出容量值高，則逆變器帶負(fù) 載能力越強(qiáng)。額定輸出容量值只是針對純電阻性負(fù)載的一個參考，如果逆變器所帶的負(fù)載不 為純阻性時，逆變器帶負(fù)載能力將

30、小于給出的額定輸出容量值。3. 輸出電壓穩(wěn)定度 輸出電壓穩(wěn)定度是指逆變器輸出電壓的穩(wěn)定能力。逆變器中一般會給出輸入直流電壓在 允許波動范圍內(nèi)逆變器輸出電壓的偏差 （通常稱為電壓調(diào)整率） ，高性能的逆變器 般還會給 出負(fù)載 0%變化 100%時，逆變器輸出電壓的電壓偏差（通常稱為負(fù)載調(diào)整率） 。標(biāo)稱電壓通 常指的是開路輸出電壓 .也就是不接任何負(fù)載，沒有電流輸出的電壓值。獨(dú)立太陽能光伏系統(tǒng) 中，蓄電池端電壓在充放電時電壓波動很大，鉛酸蓄電池電壓波動可達(dá)標(biāo)稱電壓30%左右，所以逆變器要有良好的輸出電壓穩(wěn)定度，才能保證系統(tǒng)在較大直流輸入范圍內(nèi)工作。4. 可靠性 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中，逆變器可靠性

31、是影響系統(tǒng)可靠性的主要因素之一。因?yàn)楣?伏發(fā)電系統(tǒng)一般工作在比較偏遠(yuǎn)的艱苦地方，維護(hù)不方便，逆變器必須是可靠的。其可靠性 要求逆變器具有良好的保護(hù)功能，包括逆變器中的過流保護(hù)和短路保護(hù)功能。在光伏發(fā)電系 統(tǒng)正常運(yùn)行時，由于負(fù)載故障、人為誤操怍和外界干擾等原因，引起供電系統(tǒng)電流過大或短 路等情況是極有可能發(fā)生的，要提高可靠性，必須要求逆變器要有相關(guān)的保護(hù)功能。5. 啟動性能 啟動性能是指逆變器帶負(fù)載啟動的能力和動態(tài)工作的性能。逆變器在額定負(fù)載下應(yīng)能保 證其正常啟動。一般電阻性負(fù)載工作時，逆變器啟動性能較好。但如果是電感性負(fù)載，如電 動機(jī)、冰箱、空調(diào)或大功率水泵啟動時，功率可能是額定功率的幾倍以上

32、。通常感性負(fù)載啟 動時，逆變器將承受較大的浪涌功率。故逆變器的啟動性能要求在感性或其他負(fù)載啟動時,逆變器內(nèi)部器件能承受多次滿負(fù)荷啟動而不致使功率器件損壞。6. 諧波失真度 當(dāng)逆變器輸出電壓波形為正弦波時或修正波時，除了基波外還含有諧波分量，通常將諧 波分量在輸出電壓總波形中的比例稱為諧波失真度。高次諧波電流會在電感性負(fù)載上產(chǎn)生渦 流，導(dǎo)致器件嚴(yán)重發(fā)熱，嚴(yán)重的會損壞電氣設(shè)備。一般逆變器會注明其諧波失真度。方波逆變器的諧波失真約為 40%，一般只適合于純阻性負(fù)載；修正波逆變器的諧波失真小于20%左右,適合于大部分負(fù)載；而正弦波逆變器的諧波失真較小，能適用于所有的交流用電負(fù)載。逆變器選型注意事項(xiàng)逆變

33、器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，所以對逆變器有較高的要求，在選用逆變 器時應(yīng)要注意其技術(shù)規(guī)格是否滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。首先要確定幾個基本參數(shù)：逆變器輸入 直流電壓范圍，一般太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中用直流 12V、24V、48V 或 110V 電壓；額定輸出 電壓，是市電系統(tǒng)的 220V 或三相 380V 電壓；輸出電壓波形，是方波輸出、階梯波輸出或正 弦波電壓。在選購逆變器進(jìn)行光伏系統(tǒng)設(shè)計時，要注意以下幾點(diǎn)：1.要選用較高效率的逆變器。如選用大功率逆變器，確保其在滿載工作時，效率必須達(dá) 到 90% 或 95% 或更大；中小型功率的逆變器滿負(fù)荷工作時也要確保逆變器效率在85%或 90%以上。逆變器效率的高低將直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計成本與效率。2.選用的逆變器要有較寬的直流電壓輸人范圍。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽電池方陣的端電 壓是根據(jù)日照情況而變化的，