光伏发电系统逆变器结构特点

1、光伏发电系统逆变器结构特点 提出问题: 光伏发电系统并网时得主要部件就是什么? 2、 光伏逆变器如何分类？其电路如何构成? 3、 IGBT就是什么，有什么特点，主要参数? 4、 电力MOSFET就是什么，主要参数与特性? 6、 逆变器得常用电路有哪些，各自得接线与特点就是什么? 常用逆变器得形式有哪些，各自特点就是什么，主要生产厂家? L光伏发电系统并网时得主要部件就是什么? 光伏发电系统并网时得主要部件就是逆变器。 无论就是太阳能电池、风力发电还就是新能源汽车，其系统应用都需要把直 流电转换为交流电，承担这一任务得部件为逆变器。 逆变器乂称电源调整器、功率调节器,就是光伏系统必不可少得一部分

2、。通 常物理上把将直流电能变换成交流电能得过程称为逆变，把实现逆变过程得装 置称为逆变设备或逆变器。逆变器得名称由此而来。光伏逆变器最上要得功能就 是把太阳能电池板所发得直流电转化成家电使用得交流电。 逆变器就是光伏系统得心脏太阳能电池板所发得电全部都要通过逆变器得 处理才能对外输出，逆变器对于整套系统得运行起着重要得作用，逆变器得核心 器件就是I GBT （绝缘栅双极型晶体管），也就是价格最高得部件之一。 井网迄变K 09 -nnzeoCsverG 电网F d 实电 ACEccr = 2.光伏逆变器如何分类？其电路如何构成? 光伏逆变器得分类如下图: 逆变器的分类 输出波形 运行方式 输出交

3、流电相数 功率流动方向 方波逆变器 阶梯波逆变S 正弦波逆变器 离网逆变器 并网逆变器 单相逆变器 三相逆变器 单向逆变器 双向逆变器 功率较小(V4 k W)得光伏发电系统一般采用正弦波逆变器。逆变器得显示 功能主要包括:直流输入电压与电流得测量值交流输出电压与电流得测量值，逆 变器得工作状态(运行、故障、停机等)。 光伏逆变器得电路构成如下图所示: D入J输入电路 q 辅助电路 !主逆变电路 彳 r 1 *|控制电路1 IK 工输出竺坦A 保护电昭 控制电路: 逆变器得控制电路主要就是为主逆变电路提供一系列得控制脉冲来控制逆 变开关器件得导通与关断，配合主逆变电路完成逆变功能。 辅助电路:

4、 辅助电路主要就是将输入电压变换成适合控制电路工作得直流电压。辅助电 路还包含多种检测、显示电路。逆变器得显示功能主要包括：直流输入电压与电 流得测量值，交流输出电压与电流得测量值逆变器得丄作状态（运行、故障、 停机等）。 保护电路: 逆变器得保护电路主要包括输入过压.欠压保护输出过压、欠压保护，过载 保护过流与短路保护，接反保护，过热保护等。 3. IGBT就是什么，有什么特点，主要参数? I GBT全称为绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipo 1 ar Tr a nsistor） 以它就是一个有MOSGat e得BJT晶体管，也就就是MO SFET与B J T得组合体。

5、 MOSFET主要就是单一载流子（多子）导电，而BJT就是两种载流子导电，所 以BJT得驱动电流会比MOSFET大但就是MOSFET得控制级栅极就是靠场效 应反型来控制得没有额外得控制端功率损耗。所以IGBT就就是利用了 MOSF ET与BJT得优点组合起来得，兼有M0 SFET得栅极电压控制晶体管（高输入阻 抗）乂利用了 BJT得双载流子达到大电流（低导通压降）得日得，从而达到驱动功 率小、饱与压降低得完美要求，广泛应用于60 0 V以上得变流系统如交流电机、 变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 如图所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区附于 其上得电极称为源极

6、（即发射极E）。N基极称为漏区。器件得控制区为栅区附于 其上得电极称为栅极（即门极G） O沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间 得P型区（包括P+tjP 区沟道在该区域形成），称为亚沟道|X（Sub channel regio n ） O而在漏区另一侧得P+区称为漏注入区（Dr a in i njec t or）,它就是1 GB T特有得功能区，与漏区与亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极得作 用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件得通态电压。附于漏注入区上得 电极称为漏极（即集电极C） O com (b) J:瑁子 IGBT得开关作用就是通过加正向栅极电压形成沟道给PNP (

7、原来为N P N)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道沏断基 极电流，使I GBT关断。IGBT得驱动方法与MOSFET基本相同,只需控制输入 极N 沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET得沟道形成后. 从P+基极注入到N-层得空穴(少子)，对N层进行电导调制，减小N层得电 阻，使IG BT在高电压时地具有低得通态电压。A IGBT就是山MOS FET 与GTR技术结合而成得复合型开关器件，就是通过在功率M OSFET得漏极上追 加P+层而构成得，性能上也就是结合了 MOS FET与双极型功率晶体管得优点。 主要参数 (1)集射极额定电压Uceso

8、它就是栅一射极短路时得I GBT最大耐压值, 就是根据器件得雪崩击穿电压规定得。 (2)栅射极额定电压UG ESo IGBT就是电压拧制器件靠加到栅极得电压 信号来控制I GBT得导通与关断，而UGES就是栅极得电压控制信号额定值。 通常IGBT对栅极得电压控制信号相当敏感，只有栅极在额定电压值很小得范ffl 内,才能使IGB T导通而不致损坏。 (3)栅射极开启电压UGE( t h)o它就是指使IGBT导通所需得最小栅射 极电压。通常，IGBT得开启电压UGE(t 11)在35、5V之间。 (4)集电极额定电流1 Co它就是指在额定得测试温度(壳温为25C)条件 下JGBT所允许得集电极最大

9、直流电流。 (5)集射极饱与电压UCEOo IGBT在饱与导通时，通过额定电流得集射极 电压代表了 IGBT得通态损耗大小。通常IGBT得集一射极饱与电压UCEO在1、 所需提供得电荷就是一个用于评佔MOSFET得驱动电路驱动能力得主要参数。 Id,漏极电流，漏极电流通常有儿种不同得描述方式。根据丄作电流得形 式有连续漏级电流及一定脉宽得脉冲漏极电流(Puls e d drain curren t )。这个参 数同样就是MOSFET得一个极限参数，但此最大电流值并不代表在运行过程中 漏极电流能够达到这个值。它表示当壳温在某一值时，如果MOSFET工作电流 为上述最大漏极电流，则结温会达到最大值

10、。所以这个参数还跟器件封装，环境 温度有关。 d i/dt体-极管得电流变化率,它反应了 MOSFET体一极管得反向恢复 特性。因为二极管就是双极型器件它受到电荷存储得影响当二极管反向偏置 时,PN结储存得电荷必须清除,上述参数正就是反应这一特性得。 Vgs,栅源极最大驱动电压这也就是MOSFET得一个极限参数，表示M0 S FET所能承受得最大驱动电压，一旦驱动电压超过这个极限值即使在极短得时 间内也会对栅极氧化层产生永久性伤害。一般来说，只要驱动电压不超过极限 就不会有问题。但就是，某些特殊场合，因为寄生参数得存在，会对Vgs电压产生 不可预料得影响需要格外注意。 S 0A,安全工作区，每

11、种MOSFET都会给出其安全工作区域，不同双极型晶体 管，功率MOSFET不会表现出二次击穿因此安全运行区域只简单从导致结温 达到最大允许值时得耗散功率定义。 主要生产厂家: 徳州仪器(Texas Instrum ent s)美国 英飞凌(I nfi n e on)德国 安森美半导体(ON S e mi c ondu c t or)美国 瑞萨电子(R e nesas) 0本 5.逆变器得常用电路有哪些，各自得接线与特点就是什么? 逆变电路分为三相与单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。 主要有单相半桥、单相全桥逆变电路、推挽式逆变电路。而三相电压型逆变电路 则就是山三个单相逆变电路组

12、成。 乂可根据直流侧电源性质得不同可分为两种:直流侧就是电压源得称为电压 型逆变电路：直流侧就是电流源得则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以 下特点: 1）直流侧为电压源或并联有大电容相当于电压源。直流侧电压基本无脉动. 直流回路呈现低阻抗。 2）由于直流电压源得钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻 抗角无关。而交流侧输出电流波形与相位因为负载阻抗得1W况不同而不同。 3）当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量得 作用。为了给交流侧向直流侧反馈得无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了 反馈二极管。（续流二极管） 单相半桥逆变电路 工作原理如下：V 1与V

13、2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两 者互补输出电压UO为矩形波，幅值为Um二Ud/2。VI或V2通时，i o与uo 同方向，直流侧向负载提供能量;VDI或VD2通时，io与UO反向电感中贮能 向直流侧反馈。VD1、VD2称为反馈二极管它乂起着使负载电流连续得作用. 乂称续流二极管。 优点：电路简单，使用器件少。 缺点:输出交流电圧幅值为Ud/2,且直流侧需两电容器串联要控制两者电 压均衡。4应用：用于儿kW以下得小功率逆变电源。单相全桥、三相桥 式都可瞧成若干个半桥逆变电路得组合。 JSI yT 单相全桥逆变电路 单相全桥逆变电路得移相调压方式共四个桥臂,可瞧成两个半桥电路组合而 成

14、。两对桥臂交替导通180。O输出电压与电流波形与半桥电路形状相同，幅值高 出一倍。改变输出交流电压得有效值只能通过改变直流电压 Ud来实现。阻感 负载时还可采用移相得方式来调节输出电压（移相调压）。 在0n期间,VT 1、VT4得基极控制脉冲都为商电平.VTI.VT4都导通A 点通过VTl与Ud正端连接.B点通过VT4与Ud负端连接，故R、L两端得电 压Uo大小与Ud相等极性为左正右负(为正圧)流过R、L电流得方向就是:Ud+ VTlf R、L-VT4Ud。 在tlt 2期间，VT1得Ubl为高电.VT4得Ub4为低电平,VT1导通, VT4关断流过L得电流突然变小，L马上产生左负右正得电动势

15、该电动势通过 VD3形成电流回路，电流途径就是:L右正-VD3-VT1-R-L左负，该电流方向 仍就是由左往右。山于VT1、VD 3都导通A点与B点都与Ud正端连接，即U A=UB.R、L两端得电压Uo为O(U o=UAUB)。在此期间,VT3得Ub3也为 高电平，但因VD3得导通使VT3得C、e极电压相等,VT3无法导通。 在t2t3期间,VT2、VT3得基极控制脉冲都为高电平在此期间开始一段时间 内丄还未能完全释放能量，还有左负右正电动势但VT1因基极变为低电平而截 止丄得电动势转而经VD3. VD2对直流侧电容C充电,充电电流途径就是:L右正 VD3f CVD2f Rf L左负203、V

16、D2得导通使VT2、VT3不能导通,A点 通过VD2与U d负端连接.B点通过VD3与Ud正端连接，故R、L两端得电压 Uo大小与Ud相等极性为左负右正(为负圧)，当L上得电动势下降到与Ud相等 时，无法继续对C充电,VD3、VD2截止,VT2. VT3马上导通，有电流流过R、L. 电流得方向就是:Ud+-VT3f L、RfVT2f Ud。 在t3t 4期间2T2得Ub2为高电平 VT3得U b 3为低电平,VT2导通;VT3 关断，流过L得电流突然变小丄马上产生左正右负得电动势，该电动势通过VD4 形成电流回路，电流途径就是:L左正fRfVT2 f VD4f L右负,该电流方向就 是山右往左

17、。山于VT2、VD4都导通,A点与B点都与Ud负端连接，即 UA二UBR、L两端得电压Uo为0(Uo= UA-UB)。在此期间,VT4得Ub 4也为 高电平，但因VD4得导通使VT4得C、e极电压相等,VT4无法导通。 t4时刻以后电路巫复上述工作过程。 电路图与波形图如下: cl ic 本 VDl 4 S R L L -f oJvn i i VD2VT4 2 k VIM 5泌、 (b (a)电Mn 带中心抽头变压器得逆变电路 如图,交替驱动两个IGBT.经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压。两个 二极管得作用也就是提供无功能量得反馈通道。 Ud与负载参数相同变圧器匝比为1:1 :时山0与io

18、波形及幅值与全桥逆变 1 U 电路完全相同。与全桥电路得比较:比全桥电路少用一半开关器件。器件承受得 电压为2Ud.比全桥电路高一倍。必须有一个变压器。 三相桥式逆变电路 用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路。但在三相逆变电路中. 应用最为广泛得还就是三相桥式逆变电路。采用IGBT作为开关器件得三相电 压型桥式逆变电路如图所示可以瞧成就是由三个半桥逆变电路组成。三相电 压型桥式逆变电路电路得直流侧通常只有一个电容器，但为了方便分析，作出审 联得两个电容器并标出假想中点N O与单相半桥、全桥逆变电路相同,三相电 圧型桥式逆变电路得基本工作方式也就是180。导电方式，即每个桥臂得导电 角度

19、为180。,同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电各相开始导电得角度以此 相差120。这样在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能就是上面一个 臂下面两个臂也可能就是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都就 是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流 波形图与电路图如下 假想中点 d I斗 V V W ）主；VP 工口 1 N 开关模式 输出电压 U相上开关管VI导通 % =Ud/2 U相下开关管V4导通 q Jud/2 V相上开关管V3导通 g =Ud/2 V相下开关管V6导通 g =-Ud/2 W相上开关管V5导通 U职=Ud/2 W相下开关管V2导通 =-Ucl/2 6.常

20、用逆变器得形式有哪些，各自特点就是什么，主要生产厂家? 逆变器作为光伏发电得重要组成部分，主要得作用就是将光伏组件发出得直 流电转变成交流电。U前；市面上常见得逆变器主要分为集中式逆变器与组宙式 逆变器还有新潮得集散式逆变器、 集中式逆变器 集中式逆变器顾名思义就是将光伏组件产生得直流电汇总转变为交流电后 进行升圧、并网。因此,逆变器得功率都相对较大。光伏电站中一般釆用500kW 以上得集中式逆变器。 （一）集中武逆变器得优点如下: 1、功率大，数量少便于管理;元器件少，稳定性好便于维护; 2、谐波含量少，电能质量高;保护功能齐全，安全性高; 3、有功率因素调节功能与低电圧穿越功能电网调节性好

21、。 （二）集中式逆变器存在如下问题： 1、集中式逆变器M（最大功率点跟踪）电压范H较窄，不能监控到每一路组件 得运行请况因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，组件配置不灵活; 2、集中式逆变器占地面积大，需要专用得机房安装不灵活: 3、自身耗电以及机房通风散热耗电量大。 组串式逆变器 组帛式逆变器顾名思义就是将光伏组件产生得直流电直接转变为交流电汇 总后升圧、并网。因此,逆变器得功率都相对较小。光伏电站中一般采用50kW以 下得组串式逆变器。 （一）组审式逆变器优点: 1、不受组串间模块差异与阴影遮挡得影响同时减少光伏电池组件最佳工 作点与逆变器不匹配得悄况最大程度增加了发电量; 2、M电压范M宽,组件配置更加灵活;在阴雨天,雾气多得部区发电时间长; 3、体积较小，占地面积小无需专用机房，安