太阳能光伏发电之逆变电路原理培训

1、太太 阳阳 能能 光光 伏伏 发发 电电之之 逆逆 变变 器器 技技 术术二o o一四一四年 四 月 十六 日 目录1.1. 逆变技术概述逆变技术概述2.2. 逆变电路基本工作原理逆变电路基本工作原理3.3. 离网逆变器关键技术离网逆变器关键技术4.4. 并网逆变器关键技术并网逆变器关键技术 逆变与整流相对应，将直流电（DC）变成交流电（AC），它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。 在逆变器未出现以前，DC/AC变换是通过直流电动机-交流发电机来实现的，称为旋转变流器。随着电力电子技术的高速发展，大功率开关器件和集成控制电路的研发成功，利用半导体技术就可以完成DC/AC变换，这种变换装置称为静

2、止变流器。通常所说的逆变器均指静止变流器。1 逆变概念逆变概念直流电源如蓄电池、干电池和太阳能电池逆变电路交流负载供电1 逆变电路的作用逆变电路的作用1）交流电动机的变频调速； 2）新能源的开发和利用； 3）电网谐波补偿；4）不间断电源；5）开关稳压电源和专用电源。1 逆变技术的应用场合逆变技术的应用场合l 户用电源（几十瓦-几百瓦） ： 满足日常照明、生活用电需求。l 集中式电站（几千瓦-几百千瓦） ： 满足一个地区的供电需求l 屋顶并网电站（几千瓦-几兆瓦） ：利用建筑的屋顶发电并入电网l 荒漠并网电站（几百千瓦-几百兆瓦） ： 利用荒漠铺建大面积光伏组件，并入电网1 光伏系统逆变技术的应

3、用场合光伏系统逆变技术的应用场合1）按输出交流频率分类 工频（50-60Hz）：大多数应用场合； 中频（400Hz-几十KHz）：工业、军工应用场合； 高频（几十kHz-几MHz）：特殊应用场合。2）按输出交流能量的去向分类 无源逆变：独立逆变器； 有源逆变：并网逆变器、有源滤波器等。3）按输出电压相数分类：单相、三相、多相；1 逆变器的分类逆变器的分类4）按输出电压波形分类：方波 、修正正弦波、 正 弦波。1 逆变器的分类逆变器的分类电路优点优点缺点缺点功率范围功率范围正激正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W几kW反激反激电路非常简单，成本很低，可靠性

4、高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W几十W全桥全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W几百kW半桥半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W几kW推挽推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W几kW5）按电路结构分类：单端式、推挽式、半桥式、全桥式1 逆变器的分类逆变器的分类6）按输入直流电源类型分类电压型：直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负

5、载阻抗不同而不同；电流型：直流侧为电流源或串联大电感，直流侧电流基本无脉动；交流输出电流为矩形波，输出电压因负载不同而不同；7）按输入与输出的电气隔离分类：非隔离型、 工频隔离、高频隔离。1 逆变器的分类逆变器的分类交流滤波电感交流滤波电感交流滤波电容交流滤波电容负载负载输入直输入直流电压流电压功率开关器件功率开关器件直流平波电容直流平波电容工频隔离变压器工频隔离变压器1 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路 上图中S1与S2、S3与S4由两对互补的信号控制，防止同一桥壁上的两个开关管直通，造成电源短路而烧毁功率器件。 当负载为纯阻性负载时，负载uo和io的波形与相位相同；当负载为感性负载时，io

6、相位滞后于uo，波形也不同。 1 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路 当S1与S4导通时，负载上得到的是上正下负的电压 当S2与S3导通时，负载上得到的是上负下正的电压1 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路T0T/2T/ 2 T1T 1 TT T2T1T2系统在一个开关周期状态下的电压电流分析：1 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路 PWM (Pulse Width Modulation)控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术。1 PWM控制

7、技术控制技术PWM重要理论基础面积等效原理冲量冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同效果基本相同。冲量冲量窄脉冲的面积效果基本相同效果基本相同环节的输出响应波形基本相同1 PWM控制技术控制技术如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ou tOu tOu t1 PWM控制技术控制技术-U dU dO tU d 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波如下（单极性调制）：1 PWM控制技术控制技术 采用上述调制方式的PWM称为SPWM波，通过其控制功率器件，使得输出的波形经过滤波后为正弦波。SPWM波的调制方式还存在

8、下面这种方式（双极性调制）：O-U dU dwt1 PWM控制技术控制技术双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud1 PWM控制技术控制技术0 输出电压控制输出电压控制0 谐波含量（谐波含量（THD）抑制）抑制0 提高系统效率提高系统效率0 抗冲击负载能力抗冲击负载能力0 抗三相负载不平衡能力抗三相负载不平衡能力0 系统保护措施系统保护措施1 输出电压控制：输出电压控制： 离网逆变器为负载提供电源，其输出电压需严格满足负载需求。因此，对逆变器输出电压的控制是离网型控制器的首要功能，主要包括电压有

9、效值和频率控制。通过对SPWM波调制比的实时控制即可保障输出电压稳定在额定值，对载波比控制即可保障输出频率稳定在额定值。1 谐波含量（谐波含量（THD）抑制）抑制 保障逆变器输出电压在额定负载范围内的谐波含量满足国标要求(= 0.85 l 测试结果测试结果10%负载 PF 0.95 50%负载 PF 0.9870%负载 PF 0.99 100%负载 PF = 11并网功率因数（并网功率因数（PF）控制）控制阵列输出曲线：输出功率随温度、日照变化而变化1光伏阵列的最大功率跟踪（光伏阵列的最大功率跟踪（MPPT）1光伏阵列的最大功率跟踪（光伏阵列的最大功率跟踪（MPPT）l扰动观察法l 增量电导法

10、/()/dP dUd IUdUIUdI dU增量电导法，可以更好的适应天气的快速变化增量电导法，可以更好的适应天气的快速变化1光伏阵列的最大功率跟踪（光伏阵列的最大功率跟踪（MPPT）l 电流波形畸变可能原因分析 AD采样的偏移和非线性误差 开关死区的影响 驱动电路的窄脉冲抑制作用l 谐波抑制策略谐波抑制策略 采用高等级的传感器和采用高等级的传感器和AD AD ，并对，并对ADAD进行线性校准进行线性校准 基于直接脉冲补偿的开关死区效应抑制策略基于直接脉冲补偿的开关死区效应抑制策略 驱动窄脉冲的合并输出驱动窄脉冲的合并输出1并网电流的波形畸变分析与谐波抑制并网电流的波形畸变分析与谐波抑制并网电

11、流波形畸变测试结果补偿前：THD=8.95%补偿后：THD=2.85%1并网电流的波形畸变分析与谐波抑制并网电流的波形畸变分析与谐波抑制并网电流波形畸变测试结果Idc = 0.2AP=29.35kWIthd 3%PF = 11并网电流的波形畸变分析与谐波抑制并网电流的波形畸变分析与谐波抑制样机采用：被动电网频率和相位检测样机采用：被动电网频率和相位检测 + + 主动电网频率偏移主动电网频率偏移1反孤岛效应反孤岛效应 防护防护l 被动式孤岛效应检测被动检测电网电压、频率、相位等信息，根据检测量的突变或异常情况，判断孤岛是否发生； 当逆变器输出与负载匹配时，被动式检测失效。l 主动式孤岛效应检测主动式检测是指对系统的输出并网电流、有功功率、频率或相位加上周期性的扰动，并定时检测电网相应参数是否受到扰动的影响，以此为据判断是否有孤岛效应发生。 采用：被动电网频率和相位检测采用：被动电网频率和相位检测 + + 主动电网频率偏移主动电网频率偏移1反孤岛效应反孤岛效应 防护防护 反孤岛测试结果（Load = 100% ）电网电压200V/div 逆变电压500V/div 并网电流200A/div测试结果：负载测试结果：负载100%100%匹配，平均断开