逆变器的原理及其在光伏发电系统中的应用

关键字：逆变器

 光伏发电 

    目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄
电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微
波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同
（如１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由
于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最
终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏
发电的主流。光伏发电系统对逆变电源的要求采用交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵
列、充放电控制器、蓄电池和逆变器四部分组成（并网发电系统一般可省去蓄电池），而逆
变器是关键部件。光伏发电系统对逆变器要求较高：

    １．要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，
提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。

    ２．要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和
维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种
保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。

    ３．要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而
变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容
量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如１２Ｖ蓄电
池，其端电压可在１０Ｖ～１６Ｖ之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压
范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。

    ４．在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由
于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生
附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要
求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变
器输出正弦波电流。逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升
压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一
般不需要变压器升压即能达到２２０Ｖ，在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如
１２Ｖ、２４Ｖ，就必须设计升压电路。中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电
路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率
管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外
由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器
利用率低，带动感性负载的能力较差。全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调
节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感