用逆變器的基本知識介紹及其在光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用

逆變器的概念

通常，把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路，把實現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設備或整流器。與之相對應，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變設備或逆變器。

現(xiàn)代逆變技術是研究逆變電路理論和應用的一門科學技術。它是建立在工業(yè)電子技術、半導體器件技術、現(xiàn)代控制技術、現(xiàn)代電力電子技術、半導體變流技術、脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）技術等學科基礎之上的一門實用技術。它主要包括半導體功率集成器件及其應用、逆變電路和逆變控制技術３大部分。

逆變器的分類

逆變器的種類很多，可按照不同的方法進行分類。

１．按逆變器輸出交流電能的頻率分，可分為工頻逆變器、中頻逆器和高頻逆變器。工頻逆變器的頻率為５０～６０Ｈｚ的逆變器；中頻逆變器的頻率一般為４００Ｈｚ到十幾ｋＨｚ；高頻逆變器的頻率一般為十幾ｋＨｚ到ＭＨｚ。

２．按逆變器輸出的相數(shù)分，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。

３．按照逆變器輸出電能的去向分，可分為有源逆變器和無源逆變器。凡將逆變器輸出的電能向工業(yè)電網(wǎng)輸送的逆變器，稱為有源逆變器；凡將逆變器輸出的電能輸向某種用電負載的逆變器稱為無源逆變器。

４．按逆變器主電路的形式分，可分為單端式逆變器，推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。

５．按逆變器主開關器件的類型分，可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器、場效應逆變器和絕緣柵雙極晶體管（ＩＧＢＴ）逆變器等。又可將其歸納為“半控型”逆變器和“全控制”逆變器兩大類。前者，不具備自關斷能力，元器件在導通后即失去控制作用，故稱之為“半控型”普通晶閘管即屬于這一類；后者，則具有自關斷能力，即無器件的導通和關斷均可由控制極加以控制，故稱之為“全控型”，電力場效應晶體管和絕緣柵雙權晶體管（ＩＧＢＴ）等均屬于這一類。

６．按直流電源分，可分為電壓源型逆變器（ＶＳＩ）和電流源型逆變器（ＣＳＩ）。前者，直流電壓近于恒定，輸出電壓為交變方波；后者，直流電流近于恒定，輸也電流為交變方波。

７．按逆變器輸出電壓或電流的波形分，可分為正弦波輸出逆變器和非正弦波輸出逆變器。

８．按逆變器控制方式分，可分為調(diào)頻式（ＰＦＭ）逆變器和調(diào)脈寬式（ＰＷＭ）逆變器。

９．按逆變器開關電路工作方式分，可分為諧振式逆變器，定頻硬開關式逆變器和定頻軟開關式逆變器。

１０．按逆變器換流方式分，可分為負載換流式逆變器和自換流式逆變器。
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逆變器的基本結構

逆變器的直接功能是將直流電能變換成為交流電能，其示意圖如圖１所示。





逆變裝置的核心，是逆變開關電路，簡稱為逆變電路。該電路通過電力電子開關的導通與關斷，來完成逆變的功能。電力電子開關器件的通斷，需要一定的驅(qū)動脈沖，這些脈沖可能通過改變一個電壓信號來調(diào)節(jié)。產(chǎn)生和調(diào)節(jié)脈沖的電路。通常稱為控制電路或控制回路。逆變裝置的基本結構，除上述的逆變電路和控制電路外，還有保護電路、輸出電路、輸入電路、輸出電路等，如圖２所示。





逆變器的工作原理

１．全控型逆變器工作原理：圖３所示，為通常使用的單相輸出的全橋逆變主電路，圖中，交流元件采用ＩＧＢＴ管Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４。并由ＰＷＭ脈寬調(diào)制控制ＩＧＢＴ管的導通或截止。
當逆變器電路接上直流電源后，先由Ｑ１１、Ｑ１４導通，Ｑ１、Ｑ１３截止，則電流由直流電源正極輸出，經(jīng)Ｑ１１、Ｌ或感、變壓器初級線圈圖１－２，到Ｑ１４回到電源負極。當Ｑ１１、Ｑ１４截止后，Ｑ１２、Ｑ１３導通，電流從電源正極經(jīng)Ｑ１３、變壓器初級線圈２－１電感到Ｑ１２回到電源負極。此時，在變壓器初級線圈上，已形成正負交變方波，利用高頻ＰＷＭ控制，兩對ＩＧＢＴ管交替重復，在變壓器上產(chǎn)生交流電壓。由于ＬＣ交流濾波器作用，使輸出端形成正弦波交流電壓。
當Ｑ１１、Ｑ１４關斷時，為了釋放儲存能量，在ＩＧＢＴ處并聯(lián)二級管Ｄ１１、Ｄ１２，使能量返回到直流電源中去。






２．半控型逆變器工作原理：半控型逆變器采用晶閘管元件。改進型并聯(lián)逆變器的主電路如圖４所示。圖中，Ｔｈ１、Ｔｈ２為交替工作的晶閘管，設Ｔｈ１先觸發(fā)導通，則電流通過變壓器流經(jīng)Ｔｈ１，同時由于變壓器的感應作用，換向電容器Ｃ被充電到大的２倍的電源電壓。按著Ｔｈ２被觸發(fā)導通，因Ｔｈ２的陽極加反向偏壓，Ｔｈ１截止，返回阻斷狀態(tài)。這樣，Ｔｈ１與Ｔｈ２換流，然后電容器Ｃ又反極性充電。如此交替觸發(fā)晶閘管，電流交替流向變壓器的初級，在變壓器的次級得到交流電。
在電路中，電感Ｌ可以限制換向電容Ｃ的放電電流，延長放電時間，保證電路關斷時間大于晶閘管的關斷時間，而不需容量很大的電容器。Ｄ１和Ｄ２是２只反饋二極管，可將電感Ｌ中的能量釋放，將換向剩余的能量送回電源，完成能量的反饋作用。


逆變器的主要技術性能及評價選用

技術性能

表征逆變器性能的基本參數(shù)與技術條件內(nèi)容很多，下面僅就評價時常用的參數(shù)做一簡要說明。

１．額定輸出電壓
在規(guī)定的輸入直流電壓允許的波動范圍內(nèi)，它表示逆變器應能輸出的額定電壓值。對輸出額定電壓值的穩(wěn)定準確度一般有如下規(guī)定：
（１）在穩(wěn)態(tài)運行時，電壓波動范圍應有一個限定，例如其偏差不超過額定值的±３％或±５％。
（２）在負載突變（額定負載０％→５０％→１００％）或有其他干擾因素影響的動態(tài)情況下，其輸出電壓偏差不應超過額定值的±８％或±１０％。

２．輸出電壓的不平衡度

在正常工作條件下，逆變器輸出的三相電壓不平衡度（逆序分量對正序分量之比）應不超過一個規(guī)定值，一般以％表示，如５％或８％。

３．輸出電壓的波形失真度

當逆變器輸出電壓為正弦度時，應規(guī)定允許的最大波形失真度（或諧波含量）。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值不應超過５％（單相輸出允許１０％）。