光伏逆变器课件

光伏逆变器介绍1.逆变器图2.逆变器原理和功能3.逆变器结构、主要组成部件4.逆变器主要技术指标5.逆变器的类型、特点及选型设计6.并网逆变器国内外生产厂家7.光伏二厂组串与集中混合逆变的可行性目录小型光伏逆变器1.逆变器图大型光伏逆变器1.逆变器图1.逆变器图逆变器箱（房）

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。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开——关(ON——OFF)，使直流输入变成交流输出。2.逆变器原理和功能2.逆变器原理和功能2.逆变器原理和功能

以下图的单项桥式逆变电路为例说明其最基本的工作原理。图中S1——S4是桥式电路的4个臂，它们由电力电子器件及辅助电路组成。当开关S1和S4闭合，S2和S3断开时，负载电压V0为正；当开关S2和S3闭合，S1和S4断开时，负载电压V0为负，波形如图所示。这样就把直流电保持了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变交流电的频率。2.逆变器原理和功能2.逆变器原理和功能

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(SPWM)，使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列(拟正弦波)。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。2.逆变器原理和功能下图是逆变器的简单原理图：2.逆变器原理和功能

光伏逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能（并网系统用）、自动电压调整功能（并网系统用）、直流检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）等。逆变器一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，关键电子零组件绝缘栅双极晶体管(IGBT)。3.逆变器结构、主要组成部件3.逆变器结构、主要组成部件

逆变系统的核心是逆变开关电路，简称逆变电路。一个完整的逆变电路，除了主逆变电路外，还要有控制电路、输入电路、输出电路、辅助电路和保护电路等组成，如下图所示：3.逆变器结构、主要组成部件各电路的作用为：（1）、输入电路：为主逆变回路提供可确保其正常工作的直流电压。（2）、输出电路：对主逆变电路输出的交流电的质量进行修正、补偿、调理，使之满足要求。（3）、控制电路：为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，配合主逆变电路完成逆变功能。3.逆变器结构、主要组成部件（4）、辅助电路：提供适合控制电路工作的直流电压，包括多种检测电路。（5）、保护电路：提供所需的各种保护，如：过压、欠压、过流、短路、过热等。（6）、主逆变电路：由半导体开关器件组成的变换电路。4.逆变器主要技术指标并网逆变器的主要技术指标有：4.1. 逆变器正常使用环境条件：包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。4.2. 直流输入最大电流4.3. 直流输入最大电压4.逆变器主要技术指标4.4. 直流输入MPPT电压范围：逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪（MPPT）的电压范围，一般小于逆变器允许的最大直流输入电压，设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。4.5. 直流输入最大功率应大于逆变器的额定输出功率。为了充分利用逆变器的容量，设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率可以等于直流侧输入最大功率。4.逆变器主要技术指标4.6. 最大输入路数指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。4.7. 额定输出电压在规定的输入条件下，逆变器应输出的电压值。电压波动范围一般应：单相220V±5%，三相380±5%。4.8. 额定输出功率在规定的输出频率和负载功率因数下，逆变器应输出的额定功率值。4.逆变器主要技术指标4.9.额定输出频率在并网系统中，额定输出频率要对应所并入的电网频率，而且当电网的频率和相位有微小波动时，逆变器输出的交流电应自动追踪电网的频率和相位。当检测到电网频率波动过大，逆变器将自动切离电网。我国的市电频率为50Hz，并网逆变器频率波动范围一般在±3%以内。4.逆变器主要技术指标4.10. 最大谐波含量正弦波逆变器，在阻性负载下，输出电压的最大谐波含量应≤10%。4.11. 过载能力在规定的条件下，在较短时间内，逆变器输出超过额定电流值的能力。逆变器的过载能力应在规定的负载功率因数下，满足一定的要求。4.逆变器主要技术指标4.12. 效率在额定输出电压、输出，电流和规定的负载功率因数下，逆变器输出有功功率与输入有功功率（或直流功率）之比。目前很多厂家的逆变器效率标示了“效率”和“欧洲效率”两种。“效率”一般指一天内某时刻逆变器的最大效率。欧洲效率是根据一天内日照强度的变化计算加权值，通过特定的公式计算一天内的“平均效率”，相对比较科学。4.逆变器主要技术指标4.13. 负载功率因数逆变器负载功率因数的允许变化范围。4.14. 负载的非对称性在10%的非对称负载下，固定频率的三相逆变器输出电压的非对称性应≤10%。4.逆变器主要技术指标4.15. 防护等级IP（INGRESSPROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）所起草。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。4.16. 保护功能逆变器应设置：短路保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护及缺相保护。4.逆变器主要技术指标4.17.干扰与抗干扰逆变器应在规定的正常工作条件下，能承受一般环境下的电磁干扰。逆变器的抗干扰性能和电磁兼容性应符合有关标准的规定。4.18.噪声不经常操作、监视和维护的逆变器，应小于95db。经常操作、监视和维护的逆变器，应小于80db。4.逆变器主要技术指标4.19.显示逆变器应设有交流输出电压、输出电流和输出频率等参数的数据显示，并有输入带电、通电和故障状态的信号显示。4.20. 通信接口主要用于系统运行监控，一般的逆变器通讯接口模式有RS-485、RS-232以及GPRS。4.21. 机械参数主要指逆变器的重量和尺寸。5.逆变器的类型逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器；根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等；根据逆变器线路原理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器等等。5.逆变器类型

并网型光伏逆变器按照适用场合的不同又可分为集中型逆变器、组串型逆变器、微型逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。5.逆变器类型5.1集中型逆变器：主要特点是单机功率大、最大功率跟踪（MPPT）数量少、每瓦成本低。目前国内的主流机型以500KW、630KW为主，欧洲及北美等地区主流机型单机功率800KW甚至更高，功率等级和集成度还在不断提高，德国SMA公司推出了单机功率2.5MW的逆变器。集中型逆变器是目前大部分中大型光伏电站的首选，在全球5MW以上的光伏电站中，其选用比例超过98%。5.逆变器类型

集中型逆变器的主要优势有：（1）逆变器数量少，便于管理；（2）逆变器元器件数量少，可靠性高；（3）谐波含量少，直流分量少电能质量高；（4）逆变器集成度高，功率密度大，成本低；（5）逆变器各种保护功能齐全，电站安全性高；（6）有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。5.逆变器类型集中型逆变器的主要缺点有：（1）直流汇流箱故障率较高，影响整个系统。（2）集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为450-820V，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间短。（3）逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。5.逆变器类型（4）逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电，系统维护相对复杂。（5）集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能（MPPT）不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率。（6）集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发电。5.逆变器类型5.2组串型逆变器单机功率在3-60KW之间。主流机型单机功率30-40KW，单个或多个MPPT，一般为6-15KW一路MPPT。该类逆变器每瓦成本较高，主要应用于中小型电站，在全球1MW以下容量的电站中选用率超过50%。5.逆变器类型组串型逆变器的主要优势有：（1）组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏串对应一个逆变器，直流端具有最大功率跟踪功能，交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量。5.逆变器类型（2）组串式逆变器MPPT电压范围宽，一般为250-800V，组件配置更为灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间长。（3）组串式并网逆变器的体积小、重量轻，搬运和安装都非常方便，不需要专业工具和设备，也不需要专门的配电室，在各种应用中都能够简化施工、减少占地，直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。5.逆变器类型组成型逆变器主要缺点有：（1）电子元器件较多，功率器件和信号电路在同一块板上，设计和制造的难度大，可靠性稍差。（2）功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。户外型安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化。（3）不带隔离变压器设计，电气安全性稍差，不适合薄膜组件负极接地系统，直流分量大，对电网影响大。5.逆变器类型（4）多个逆变器并联时，总谐波高，单台逆变器THDI可以控制到2%以上，但如果超过40台逆变器并联时，总谐波会迭加。而且较难抑制。（5）逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度大。（6）没有直流断路器和交流断路器，没有直流熔断器，当系统发生故障时，不容易断开。（7）单台逆变器可以实现零电压穿越功能，但多机并联时，零电压穿越功能、无功调节、有功调节等功能实现较难。5.逆变器类型5.3微型逆变器单机功率在1KW以下，单MPPT，应用中多为0.25-1KW一路MPPT，其优点是可以对每块或几块电池板进行独立的MPPT控制，但该类逆变器每瓦成本很高。目前在北美地区10KW以下的家庭光伏电站中有较多应用。5.逆变器类型序号比较项目微型逆变器组串型逆变器集中型逆变器1容量大小目前市场上微型逆变器功率小于500W。目前主流功率为5KW至20KW不等，其主流为5KW、10KW、17KW、20KW30KW至1MW，其中主流为100KW、250KW、500KW2MPPT数量/最大转换率单MPPT/＜95%多个MPPT，正常在97%至98%之间单个MPPT/＞98.5%3安装要求安装组件背面或支架上，占用空间最小。安装简单。需单独建房子，占地面积较大，需要辅助设施。4经济性每瓦单价在2.5元左右每瓦单价在0.7元左右每瓦单价在0.5元左右5技术成熟性国内市场应用较少，经验缺乏，技术不够成熟目前市场应用较多，技术成熟，尤其在小型系统中应用较多。目前市场应用较多，技术成熟，尤其在MW级地面电站上应用较多。7系统效率影响由于微型逆变器可跟踪每块组件发电最大效率，无组件串匹配效率。由于组串型逆变器正常有两个MPPT以上，降低组串匹配影响，其效率介于微型逆变器与集中型逆变器之间由于集中型逆变器由多个组串并联，因此有组件匹配损失较大。8启动功率启动功率小，可提高发电量启动功率小，可提高发电量启动时需要总输入功率需大于5%9其他由于每块组件安装一台微型逆变器，数量相当较多，管理较复杂，单台逆变器故障对其他组件发电无影响。交流汇流系统较多组串型逆变器在同等容量条件下设备数量介于微型逆变器及集中型逆变器之间。其发电影响范围也介于两者之间，不需配直流汇流箱及直流柜由于集中型逆变器容量较大，故逆变器数据较少，管理方便，但单台设备故障影响发电量较大。需配汇流箱及直流柜的设备5.4三种逆变器对比如下：5.逆变器类型以逆变器为核心的设计选型，需要在光伏系统生命周期内寻找总发电量和总成本的平衡点，还要考虑电网接入，如故障穿越能力、电能质量、电网适应性等方面的要求。依据各种逆变器的特点，结合所应用的光伏电站实际情况，从电网友好、高投资回报、方便建设维护等方面进行科学合理的选用。5.逆变器类型5.5

几种逆变器的典型应用如图所示。5.逆变器类型在上图中，光伏组件通过串联形成组串，多个组串之间并联形成方阵，集中型将一个方阵的所有组串直流侧接入1台或2台逆变器，MPPT数量相对较少；组串型将一路或几路组串接入到一台逆变器，一个方阵中有多路MPPT，微型逆变器则对每块电池板进行MPPT跟踪。当各组件由于阴影遮挡或朝向不一致时，则会出现串联和并联失配。组串型方案多路MPPT可以解决组串之间并联失配问题，微型逆变器既可以解决组串之间的并联失配，也可以解决组件之间的串联失配。因此，从技术方面看，几种逆变器的本质区别在于对组件失配问题的处理。比较项目20KW组串式逆变器500KW集中式逆变器汇流箱不需要汇流箱，直流输入细分到每一串需要汇流箱集中汇流直流布线直流侧布线简单，分布式就地并网；直流电缆短，成本低直流侧布线相对复杂且距离长，必要时需要置多级汇流，成本相对较高交流布线交流侧电缆连接距离长，每个逆变器需要一个交流断路器，可就地并网或交流汇流并网交流侧到变压器距离很短，线损小，交流布线简单成本较低输出电压输出三相交流400V，可以直接低压并网，不需要隔离变压器输出三相交流270V，并网需要加400V隔离变压器或者升压变压器防护等级防护等级IP65，可以户外安装，可以在组件周边就近安装。防护等级为IP20，室内安装，或者建造户外房冷却方式自然冷却或者风冷强制风冷，需要大流量风道工作电压范围宽范围MPPT电压，250-800V，在阴雨等低照度天气也能发电MPPT范围是450-820V，发电范围较窄，效率最高效率98.2%，综合效率97.6%不带隔离变压器最高效率98.0%，综合效率97.5%，带隔离变压器最高效率97.0%，综合效率96.5%，电能质量单台THD<3%，25台在一起总THD超过5%。没有隔离变压器，直流分量大，（THD：总谐波失真）单台THD<3%，两台并联约为3%，加隔离变压器没有直流分量。电网调节没有低电压穿越功能，电网调节功率因素等功能较弱。有低电压穿越功能，电网可以调节功率因素，有功和无功等功能较弱。安全没有直流断路器和交流断路器，安全性稍差有直流断路器和交流断路器，能根据故障的不同情况用时断开，安全性好。5.2选用集中式逆变器和组串式逆变器的比较5.2.1. 组串式20KW逆变器和集中式500KW逆变器比较5.3. 逆变器选型设计的基本方法

5.3.1离网逆变器离网逆变器的简单选型：首先要考虑具有足够的额定容量，以满足最大负荷下设备对电功率的要求。对于以单一设备为负载的逆变器，其额定容量的选取较为简单。当用电设备为纯阻性负载或功率因数大于0.9时，选取逆变器的额定容量为用电设备容量的1.1～1.15倍即可。同时逆变器还应具有抗容性和感性负载冲击的能力。5.3. 逆变器选型设计的基本方法对一般电感性负载，如电机、冰箱、空调、洗衣机、大功率水泵等，在起动时，其瞬时功率可能是其额定功率的5～6倍，此时，逆变器将承受很大的瞬时浪涌。针对此类系统，逆变器的额定容量应留有充分的余量，以保证负载能可靠起动，高性能的逆变器可做到连续多次满负荷起动而不损坏功率器件。小型逆变器为了自身安全，有时需采用软起动或限流起动的方式。5.3. 逆变器选型设计的基本方法另外，逆变器还要有一定的过载能力，当输入电压与输出功率为额定值，环境温度为25℃时，逆变器连续可靠工作时间应不低于4h；当输入电压为额定值，输出功率为额定值的125%时，逆变器安全工作时间应不低于1min；当输入电压为额定值，输出功率为额定值的150%时，逆变器安全工作时间应不低于10s。5.3. 逆变器选型设计的基本方法应用举例：光伏系统中主要负载是150W的电冰箱，正常工作时选择额定容量为180W的交流逆变器即能可靠工作，但是由于电冰箱是感性负载，在起动瞬间其功率消耗可达额定功率的5～6倍之多，因此逆变器的输出功率在负载起动时可达到800W，考虑到逆变器的过载能力，选用500W逆变器即能可靠工作。

当系统中存在多个负载时，逆变器容量的选取还应考虑几个用电负载同时工作的可能性，即“负载同时系数”。5.3. 逆变器选型设计的基本方法

5.3.2.并网逆变器逆变器选型设计的基本方法(1)逆变器类型选择并网逆变器主要分高频变压器型、低频变压器型和无变压器型三大类。根据所设计电站以及业主的具体要求，主要从安全性和效率两个层面来考虑变压器类型。以下是它们之间的对照表：

5.3. 逆变器选型设计的基本方法安全性转换效率成本价格高频变压器型中低中低频变压器型高中高无变压器型低高低高频、低频和无变压器型逆变器对比5.3. 逆变器选型设计的基本方法(2)容量匹配设计

并网系统设计中要求电池阵列与所接逆变器的功率容量相匹配，一般的设计思路是：组件标称功率×组件串联数×组件并联数＝电池阵列功率。在容量设计中，并网逆变器的最大输入功率应近似等于电池阵列功率，以实现逆变器资源的最大化利用。5.3. 逆变器选型设计的基本方法(3)MPPT电压范围与电池组电压匹配

根据太阳能电池的输出特性，电池组件存在功率最大输出点，并网逆变器具有在输入电压范围内自动追踪最大功率点的功能，因此电池阵列的输出电压应处于逆变器MPPT电压范围以内。电池组件电压×组件串联数＝电池阵列电压一般的设计思路是电池阵列的标称电压近似等于并网逆变器MPPT电压的中间值，这样可以达到MPPT的最佳效果。5.3. 逆变器选型设计的基本方法

(4)最大输入电流与电池组电流匹配电池组阵列的最大输出电流应小于逆变器最大输入电流。为了减少组件到逆变器过程中的直流损耗，以及防止电流过大对逆变器造成过热或电气损坏，逆变器最大输入电流值与电池阵列的电流值的差值应尽量大一些。电池组件短路电流×组件并联数＝电池阵列最大输出电流。5.3. 逆变器选型设计的基本方法

(5)转换效率并网逆变器的效率标示一般分最大效率和欧洲效率，通过加权系数修正的欧洲效率更为科学。逆变器在其它条件满足的情况下，转换效率应越高越好。5.3. 逆变器选型设计的基本方法(6)配套设备并网发电系统是完整的体系，逆变器是重要的组成部分，与之配套相关的设备主要是配电柜和监控系统。并网电站的监控系统包括硬件和软件，根据自身特点而需要量身定做，一般大型的逆变器厂家都针对自己的逆变器而专门开发了一套监控系统，因此在逆变器选型过程中，应考虑相关的配套设备是否齐全。

(7)品牌与质量(8)价格与服务6.并网逆变器国内外生产厂家6.1国内厂家（按名称拼音字母排）安徽长远绿色能源有限公司北京哈博阳光新能源科技有限公司北京科诺伟业科技有限公司北京日佳电源有限公司北京索英电气技术有限公司北京自动化技术研究院飞瑞股份有限公司6.并网逆变器国内外生产厂家佛山市中商国通电子有限公司合肥赛恩电子科技有限公司合肥市科光电源有限责任公司合肥阳光电源有限公司江苏津恒能源科技有限公司杰俐企业股份有限公司科风股份有限公司雷克森技术有限公司6.并网逆变器国内外生产厂家利佳兴业股份有限公司茂迪股份有限公司南京格瑞能源科技有限公司南京冠亚电源设备有限公司波圣彼电气有限公司山东博奥斯电源有限公司6.并网逆变器国内外生产厂家山东精久科技有限公司上海航锐电源科技有限公司上海科境电器有限公司尚晶科技集团深圳科士达科技股份有限公司深圳市安德森电子科技有限公司深圳市光澜世纪科技有限公司深圳市天源新能源有限公司深圳中泰威太阳能有限公司索莱耐(天津)太阳能应用技术有限公司天阳新能源科技有限公司西藏华冠科技股份有限公司新疆新能源股份有限公司6.并网逆变器国内外生产厂家兴毅科技股份有限公司耀能科技股份有限公司盈正豫顺电子股份有限公司兆伏新能源有限公司中海阳(北京)能源科技有限公司中山市宇之源太阳能科技有限公司珠海赛比特电气设备有限公司6.并网逆变器国内外生产厂家国外主要厂家FroniusInternational奥地利FutronicsPowerDesignsKACO德国LTiREEnergy德国路斯特绿能Power-One美国SanRexSolar日本SanshaElectricManufacturing日本SharpCorporation日本SMASolar德国SputnikEngineering瑞士XantrexTechnology加拿大6.并网逆变器国内外生产厂家6.并网逆变器国内外生产厂家6.32013年度中国光伏逆变器品牌排行榜2014年4月10日，“2013年度中国光伏逆变器品牌排行榜”揭晓如下：7.光伏二厂组串与集中混