1、第第3章章 光伏逆变器的结构与原理光伏逆变器的结构与原理 光伏逆变器是实现光伏能量转换的核心，它对光伏发电系统稳定、安全、可靠、高效的运行起着决定性的作用，因此了解光伏逆变器的结构和工作原理对光伏逆变器的设计十分重要。3.1 光伏逆变器的结构光伏逆变器的结构 光伏逆变器可分为独立和并网型两种，它们又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器。逆变器根据是否使用变压器可以划分成有变压器型逆变器和无变压器型逆变器。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，一般含有升压电路和逆变桥电路。升压电路将光伏电池板的不规则输出电压升高到所需的稳定直流电压，为后级逆变电路
2、提供稳定的直流母线电压。3.1.1 光伏发电系统的基本构成光伏发电系统的基本构成图3-1 可调度式光伏发电系统的结构框图3.1.1 光伏发电系统的基本构成光伏发电系统的基本构成图3-2 不可调度式光伏并网发电系统3.1.1 光伏发电系统的基本构成光伏发电系统的基本构成图3-3（1）逆变器4种结构的原理框图a）集中式逆变器 b）集成式逆变器3.1.1 光伏发电系统的基本构成光伏发电系统的基本构成图3-3（2）逆变器4种结构的原理框图c）串行逆变器 d）多重串行逆变器3.1.1 光伏发电系统的基本构成光伏发电系统的基本构成 逆变器逆变器指标指标集集 中中 式式集集 成成 式式串串 型型多重串联型多
3、重串联型MPPT集中式独立式独立式独立式功率等级功率等级MW500W2kWMW系统可扩充性系统可扩充性不可扩充不可扩充不可扩充可扩充直流母线直流母线需要不需要不需要需要效率效率低较低高高是否容错是否容错无有无有单位功率生产成本单位功率生产成本较低高较低较低表3-1 4种逆变器结构的特性3.1.2 光伏发电系统的运行模式光伏发电系统的运行模式1独立运行模式独立运行模式3混合型运行模式混合型运行模式2并网运行模式并网运行模式3.1.3 光伏逆变器的电路结构光伏逆变器的电路结构图3-5 工频光伏逆变器的基本结构3.1.3 光伏逆变器的电路结构光伏逆变器的电路结构图3-6 高频光伏逆变器的基本结构3.
4、1.3 光伏逆变器的电路结构光伏逆变器的电路结构 图3-7 非隔离型的基本结构 a)单级型 b)多级型3.1.3 光伏逆变器的电路结构光伏逆变器的电路结构图3-8 多DC/DC（MPPT）、单逆变系统结构3.1.4 光伏逆变器的主要技术指标光伏逆变器的主要技术指标1输出电压的稳定度输出电压的稳定度2输出电压的波形失真度输出电压的波形失真度3额定输出频率额定输出频率4负载功率因数负载功率因数5逆变器效率逆变器效率6额定输出电流额定输出电流7保护措施保护措施8起动特性起动特性9噪声噪声3.2 光伏逆变器的基本工作原理光伏逆变器的基本工作原理 逆变器主要由晶体管、MOS晶体管、IGBT等开关器件构成
5、，通过有规则地使开关器件重复开-关（ON-OFF），从而实现直流输入到交流输出。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（High Pulse Width Modulation,HPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变窄，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关器件按一定频率朝一个方向动作，这样就形成一个脉冲序列（拟正弦波），然后让脉冲通过简单的滤波器输出正弦波。要使逆变器的输出满足要求，还需要在逆变器的控制中采用闭环控制。在独立型的逆变器中，负载变化时，需要输出电压稳定。在并网逆变器中，逆变器需要实现对电网电压锁相跟踪。3.2.1 单相逆变器
6、单相逆变器图3-9 单相推挽式逆变器的拓扑图3-10 电路驱动波形图3-11 输出电压、电流波形1推挽式逆变器推挽式逆变器3.2.1 单相逆变器单相逆变器图3-12 半桥式逆变电路的拓扑2半桥式逆变器半桥式逆变器图3-13 半桥型逆变器的工作波形3.2.1 单相逆变器单相逆变器3单相全桥逆变器单相全桥逆变器图3-14 单相全桥逆变电路拓扑图3-15 全桥输出电压、电流波形3.2.2 输出电压的调节方法输出电压的调节方法1移相调压法移相调压法图3-16 移相控制原理3.2.2 输出电压的调节方法输出电压的调节方法2脉宽调节法脉宽调节法图3-17 脉宽调节的控制波形3.2.3 三相逆变器三相逆变器1三相电压型逆变器三相电压型逆变器图3-18 三相电压型逆变器的基本电路图3-19 驱动脉冲波形3.2.3 三相逆变器三相逆变器1三相电压型逆变器三相电压型逆变器图3-20 各相输出的波形3.2.3 三相逆变器三相逆变器2三相电流型逆变器三相电流型逆变器图3-22 三相电流型逆变器的电路结构
