太阳能逆变器可靠性的提高技术

一百多年来火力发电设施已被证明是稳定和可靠的能量来源，但这些设施巨大而复

杂，并且构建成本日益高涨。同时，以最小的碳排放和环境影响标准来运行这些设施也
面临着极大挑战和成本压力。相比之下，现代光伏（

PV）电力系统成为火力发电厂的合

理替代方案，其可以提供更低的长期运行成本、模块化的可扩展性、更高效，同时碳排放
比集中式发电设施低很多。

　　光伏发电系统由多个部分组成，例如把光能转换成电能的光伏面板、机械、电气连接
器、配件，以及把太阳能产生的电输送到电网过程中必不可少的太阳能逆变器等。

　　什么是太阳能光伏逆变器？

　　光伏面板把太阳光转换成直流电，而为了使线路损耗最小化，并且将电能传输更远
距离，直流电必须转换成高压交流电。太阳能光伏逆变器可以实现上述直流电到交流电
的转换，是所有光伏发电系统中最关键的部分。然而，这仅仅是光伏逆变器的关键功能
之一。

　　光伏逆变器还具有电网断开能力，防止光伏发电系统给未连接的公共服务系统提供
电源；也就是说，如果在电网断开期间，逆变器维持在线状态，或者在为不可靠的连接
提供电源时，会引起光伏发电系统馈电本地公共服务系统中的变压器，并在公共服务系
统电线上产生几千伏电压，将危及公共服务设备操作工人的安全。安全标准规范
IEEE1547 和 UL1741 规定：当交流电压或频率超过规范限度时，与电网连接的逆变器必
须断开，或者当电网不再存在时，必须完全关闭。当重新连接后，逆变器不能立即传输
电源，需要等到逆变器检测到额定公共服务系统电压和频率超过五分钟。当然，逆变器
的职责不仅如此。

　　逆变器也用于补偿影响电能输出的环境因素。例如，光伏面板的输出电压和电流对
于温度和电池单位面积上光照强度（又称为

“光强”）的变化是高度敏感的。电池的输出

电压与电池温度成反比关系，而电池电流与光强成正比关系。这些与其他关键参数的变
化导致最佳逆变电压

/电流工作点显著移动。变频器通过采用闭环控制以维持在所谓的最

大功率点（

MPP）来解决上述问题，因为在这个点上电压和电流的乘积最大。除此之外，

逆变器还支持服务操作中手动和自动输入

/输出断开、电磁干扰/射频干扰（EMI/RFI）传

导和辐射抑制、接地故障中断、

PC 机兼容的通信接口和更多。逆变器被封装在一个坚固耐

用的盒子中，能够在室外全功率运行

25 年以上。这真是不小的壮举！

详细介绍

　　如图

1 所示，单相光伏逆变器采用一个数字电源控制器和一对高压侧/低压侧

（

high-side/low-side）门驱动器来驱动脉冲宽度调制（PWM）的全桥转换器。全桥拓扑

通常用于逆变器应用中，因为他是任何开关模式拓扑结构中承载能力最高的。参考图
1A，PWM 电压开关作用在全桥输出上产生一个离散的（尽管有些噪声）60Hz 电流波
形。高频噪声部分被滤波，并产生合适的低振幅

60Hz 正弦波，如图 1B 所示。滤波后的