逆变器选型知识手册-solarbe文库

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逆变器选型知识手册一、逆变器基础知识目前逆变器主要采用 PWM 技术控制器在单脉冲周期内快速投切直流，保证直流的积分值等于同时刻下交流正弦波的采样值，这样经滤波器输出后，即可得到超过 96 的正弦波输出。输出电压被脉冲调制的自励逆变器为脉冲逆变器。这种逆变器通过增加周期内脉冲的切换次数，来降低电压，电流的脉冲次数；只能通过增加逆变器的整流支数来实现。交流侧的等效电感决定了电流谐波的含量。因此，为了满足并网接入要求，应保证光伏发电系统的等效电感值小。逆变器后接低通滤波器和隔离变压器，将滤除 N-1 阶以下的谐波，其中 N 为交流电流周期的触发脉冲数。增加切换频率，则电力电子设备的功率损耗将增加；但低切换频率下，低通滤波器的损耗将增加。如果希望并入单相交流电网的电流倍频，则调制光伏发电机直流输出的交流控制信号频率也要加倍。二、逆变器的概念通常，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。现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（ＰＷＭ）技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术３大部分。三、逆变器的分类逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。１．按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。。工频逆变器工频逆变器的频率为５０～６０Ｈｚ的逆变器，图 1 示出采用工频变压器升压的逆变电路。它首先把直流电逆变成工频低压交流电；再通过工频变压器升压成 220V ， 50Hz 的交流电供负载使用。它的优点是结构简单，各种保护功能均可在较低电压下实现。因其逆变电源与负载之间存有工频变压器，故逆变器运行稳定、可靠、过负荷能力和抗冲击能力强，且能够抑制波形中的高次谐波成分。然而，工频变压器也存在笨重和价格高的问题，而且其效率也比较低。按目前水平制作的小型工频逆变器，其额定负荷效率一般不超过 90 ，同时因工频变压器在满负荷和轻负荷下运行时铁损基本不变，因而使其在轻负荷下运行的空载损耗较大，效率也较低。Low frequency transformerSTUDER工频变压器 Bat-Bat工频变压器拓扑图在低功率输出时的逆变效率比峰值效率更加重要。工频逆变器更适合孤岛系统（用户负荷大部分时间是低于峰值功耗的）工频逆变器能承受更高的负载功率冲击中频逆变器中频逆变器的频率一般为４００Ｈｚ到十几ｋＨｚ高频逆变器高频逆变器的频率一般为十几ｋＨｚ到ＭＨｚ。图 2 示出采用高频变压器升压的逆变电路。它首先通过高频 DC/DC 变换技术，将低压直流电逆变为高频低压交流电；然后经过高频变压器升压后，再经过高频整流滤波电路整流成通常均在 300V 以上的高压直流电；最后通过工频逆变电路得 220V 工频交流电供负载使用。由于高频逆变器采用的是体积小，重量轻的高频磁芯材料，因而大大提高了电路的功率密度，从而使逆变电源的空载损耗很小，逆变效率得到提高。通常，用于中小型 PVS中的高频逆变器，其峰值转换效率能达 90以上。 Bat- BatHigh frequencytransformer 高频变压器高频变压器拓扑图Eff.[]20406080100[] Pnom.00 20 40 60 80 100工频变压器与高频变压器效率曲线，红色为工频变压器，蓝色为高频变压器２．按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。３．按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。４．按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。５．按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）逆变器等。又可将其归纳为“半控型”逆变器和“全控制”逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为“半控型”普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为“全控型”，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（ＩＧＢＴ）等均属于这一类。６．按直流电源分，可分为电压源型逆变器（ＶＳＩ）和电流源型逆变器（ＣＳＩ）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。７．按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。８．按逆变器控制方式分，可分为调频式（ＰＦＭ）逆变器和调脉宽式（ PＷＭ）逆变器。９．按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。１０．按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。四、特殊功能逆变器除了常见的并网逆变器和离网逆变器之外，根据市场的需求，现在市场上的逆变器除了具有离网或并网功能之外还附加了许多其他的功能。1．离网备份逆变器（１）静态旁路逆变器在蓄电池或太阳能板供电不足导致突然掉电的情况下，可以快速的切入到市电供电，切换时间一般要求小于 20ms（保证服务器或个人电脑不会掉电 ,但是灯泡等阻性负载会有闪断的现象出现），工作时可以设置优先级切换。（２）离网双向逆变器除了具有静态旁路逆变器的功能之外，还可以将市电供给电池充电，可以保证电池电压不会低于某一值后导致过放，有些功能更强大一点的逆变器还可以进行市电与逆变的功能互补，比如一个额定容量 7 KW 的逆变器，需要共给一个 10KW 的负载，光靠逆变器来的 7KW 的电是不行的，并且一般的逆变器 150 过载时间不会超过几分钟，在这种情况下，双向逆变器的优点体现出来了，它可以逆变 7KW ，再加上市电 3Kw 来供给 10KW 的负载。这一点在系统升级时是非常重要的，如果一个系统正常工作在额定功率下，在负载稍微加大的情况下就要么系统无法工作，要么就需要投入大量的成本来进行系统扩容，这都不合算2．并网备份逆变器并网发电有一个很大的缺点就是输出功率随着光照强度变化而变化，这对于光伏电站来说会影响输出的功率波动，对于并网附近的离网用户是非常危险的事情，在某些地方这种情况下是不允许并网的，这时必须得使用某些储能设备来进行功率平滑，并网逆变器的直流输入电压一般都在几百伏左右，并且并网逆变器的输入端一般都会带有 MPPT ，大家都知道 MPPT 是不允许恒压源来供电的，在并网逆变器的输入端直接加电池是无法实现的，有一种解决方案就是，使用一个低压并网逆变器来与纯并网逆变器输出并接，中间搭接一个功率转换装置，来保证总的输出恒定，这样也就可以供给离网用户了3．电子回馈式节能负载电子回馈式节能负载实际上是一种电能老化装置，同时也是并网逆变器，但与并网逆变器不同的是它的输入电压是恒定的，且允许很低的输入电压，与并网备份逆变器相比较，它的输出一般都是根据设置恒定输出。五、逆变器的主要技术性能及评价选用技术性能表征逆变器性能的基本参数与技术条件内容很多，下面仅就评价时常用的参数做一简要说明。１．额定输出电压在规定的输入直流电压允许的波动范围内，它表示逆变器应能输出的额定电压值。对输出额定电压值的稳定准确度一般有如下规定（１）在稳态运行时，电压波动范围应有一个限定，例如其偏差不超过额定值的±３％或±５％。（２）在负载突变（额定负载０％→５０％→１００％）或有其他干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不应超过额定值的±８％或±１０％。２．输出电压的不平衡度在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡度（逆序分量对正序分量之比）应不超过一个规定值，一般以％表示，如５％或８％。３．输出电压的波形失真度当逆变器输出电压为正弦度时，应规定允许的大波形失真度（或谐波含量）。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值不应超过５％（单相输出允许１０％）。４．额定输出频率逆变器输出交流电压的频率应是一个相对稳定的值，通常为工频５０Ｈｚ。正常工作条件下其偏差应在±１％以内。５．负载功率因数表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。在正弦波条件下，负载功率因数为０．７～０．９（滞后），额定值为０．９。６．额定输出电流（或额定输出容量）表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量，其单位以ＶＡ或ｋＶＡ表示。逆变器的额定容量是当输出功率因数为１（即纯阻性负载）时，额定输出电压为额定输出电流的乘积。７．额定输出效率逆变器的效率是在规定的工作条件下，其输出功率对输入功率之比，以％表示。逆变器在额定输出容量下的效率为满负荷效率，在１０％额定输出容量的效率为低负荷效率。８．保护（１）过电压保护对于没电压稳定措施的逆变器，应有输出过电压防护措施，以使负截免受输出过电压的损害。（２）过电流保护逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。９．起动特性表征逆变器带负载起动的能力和动态工作时的性能。逆变器应保证在额定负载下可靠起动。１０．噪声电力电子设备中的变压器、滤波电感、电磁开关及风扇等部件均会产生噪声。逆变器正常运行时，其噪声应不超过８ 0ｄＢ，小型逆变器的噪声应不超过６５ｄＢ。