逆变器

光伏逆变器百科名片逆变器又称电源调整器，根据逆变器在 光伏发电系统 中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。 根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、 正弦波逆变器 和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器， 根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器。简介通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路， 把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。 与之相对应， 把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路， 把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。如上所述，逆变器有多种类型，因此在选择机种和容量时需特别注意。 尤其在 太阳能发电系统 中， 逆变器效率的高低是决定太阳电池容量和蓄电池容量大小的重要因素。发展在我国 “ 十一五 ” 期间，诸如逆变器等光伏发电配套设备多处在研发和创新阶段，较少受到政策关注。 “ 十二五 ” 时期，光伏发电市场的趋势是向全产业链发展， 晶硅、 组件以外的配套设备将受到市场与政策的进一步关注， 发改委将逆变器列入指导目录鼓励类， 就是这一趋势的体现。2010 年， 我国光伏并网容量达 500兆瓦， 逆变器市场在 5亿元左右。目前， “ 十二五 ” 国内的光伏装机容量目标大幅上调到 10GW ，较之前公布的目标翻了一番。 假设这些装机全部并网， 按照 1元 /瓦造价计算，预计到 2015年，国内逆变器市场将达到 100亿元。随着光伏逆变器行业竞争的不断加剧，大型光伏逆变器企业间并购整合与资本运作日趋频繁， 国内优秀的光伏逆变器生产企业愈来愈重视对行业市场的研究， 特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。 正因为如此， 一大批国内优秀的光伏逆变器品牌迅速崛起，逐渐成为光伏逆变器行业中的翘楚！行业情况目前光伏逆变器行业国际领军者是德国艾斯玛（ SMA）公司，技术处在行业的顶点。 国内比较有实力的并网逆变器企业有： 合肥阳光电源、三 晶新能源、国家电网许继集团有限公司、中达电通、山亿新能源、北京科诺伟业、艾索新能源、西安爱科等；而离网逆变器的技术发展相对较成熟，国内已拥有一批技术较领先的企业。 [1]结构与工作原理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光伏并网发电原理图转换成交流电力。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。 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。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。元器件的构成：1、电流传感器光伏逆变器一般采用霍尔电流传感器来进行电流采样，从小功率到大功率所采用的电流传感器形式不一，列举一些例子如下：500KW 逆变器中 JCE1005-FS 电流传感器外形图100KW ：检测电流是 300A 左右，一般都会采用 JCE308-TS7 电流传感器250KW ：检测电流是 500A 左右，一般都会采用 JCE508-TS6 电流传感器500KW ：检测电流是 1000A 左右，一般会采用 JCE1005-FS 电流传感器1MW ：检测电流是 2000A 左右，一般会采用 JCE2005-FS 电流传感器对于电流传感器要求精度高、响应时间快，而且耐低温、高温等环境要求， 目前国内很多厂家都用开环电流传感器来取代闭环电流传感器，如： JCE1000-AXS 、 JCE1500-AXS 、 JCE2000-AXS 等JCE1000-AXS 开环电流传感器 (9张 )2、电流互感器一般采用 BRS 系列电流互感器，从几百到几千 A 不等，输出信号一般采用 0-5A 为标准3、电抗器功能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） 。这里简单介绍自动运行和停机功能及最大功率跟踪控制功能。 [1]1、自动运行和停机功能早晨日出后， 太阳辐射强度 逐渐增强，太阳电池的输出也随之增大，当达到逆变器工作所需的输出功率后，逆变器即自动开始运行。进入运行后， 逆变器便时时刻刻监视太阳电池组件的输出， 只要太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输出功率， 逆变器就持续运行；直到日落停机，即使阴雨天逆变器也能运行。当太阳电池组件输出变小，逆变器输出接近 0时，逆变器便形成待机状态。2、最大功率跟踪控制功能太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度（芯片温度） 而变化的。 另外由于太阳电池组件具有电压随电流增大而下降的特性， 因此存在能获取最大功率的最佳工作点。 太阳辐射强度是变化着的，显然最佳工作点也是在变化的。相对于这些变化，始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率点， 系统始终从太阳电池组件获取最大功率输出， 这种控制就是最大功率跟踪控制。 太阳能发电系统用的逆变器的最大特点就是包括了最大功率点跟踪（ MPPT ）这一功能。工作环境与要求1.光伏逆变器要求具有较高的效率。由于 2011年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.光伏逆变器要求具有较高的可靠性。 2012 年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.光伏逆变器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.光伏逆变器在中、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。 [1]逆变器认证认证目的并网逆变器除了需要完成正常商用 /工业用电器设备的安规测试以及 EMC( 电磁兼容 )测试以外 ,最重要的部分是完成各个国家不同的并网测试 ,以满足各个国家不同的电力设施的供电参数以及电网波动的保护需求 . 只有在具有资质的实验室完成了这三部分的测试，并持有实验室出具的报告后 ,逆变器才可以取得当地的并网许可 ,输送电力到当地的电力公司 ,并取得电网补贴 . 简而言之 ,没有完成当地逆变器认证测试的逆变器 ,是不被当地政府或者电力公司许可接入到电网，那当然你也就没有资格获取电网补贴。逆变器在测试中测试项目并网逆变器测试的项目必定包括三个部分：安规测试部分 Electrical SafetyIEC EN 50178: Electronic equipment for use in power installations IEC EN 62109-1/2 对应国内标准 GB17799.1 ， GB17799.3 测试项目举例： [2]交流过电流测试测试方法：a.连接线路；b.把控制面板上的 AC_I 的端子拔掉， 在 AC_I 端子的 2、 4脚加入对应等效电流的交流电压信号。 如图 4。 电流等效电压的关系： 5A=1V 。交流过电流整定值 24A 对应的等效交流电压为 4.8Vrms. c.电网频率为 50Hz，加入对应频率的交流电压信号，从整定值的90%缓慢（ 0.1V 步长）增加到过流保护点，记录此时电压 V1，换算成电流值；d.交流电压信号跳变： 从 0V 开始跳变到 V1+0.2, 从 0V 开始跳变到过流保护整定值 110%,从 0V 开始跳变到过流保护整定值的 150%, 分别测量保护动作的时间；e.电网的频率设为 60Hz，重复 c～ d 步骤；判定标准：1、 交流过流， 保护装置能正常动作 （查看 GB 信号变为高电平） ,并且 LED 屏上显示故障一致；2、保护点在保护整定值的 5% 内，整定值最大不超过 150% ；3、保护动作时间在 0.5秒以内。电磁兼容部分 EMCIEC EN 61000-6-1; IEC EN 61000-6-3: emissions and immunity requirements for equipment in residential environments IEC EN 61000-6-2; IEC EN 61000-6-4: emissions and immunity requirements for equipment in industrial environments EMC CE 并网测试部分对于并网测试部分 ,每个国家有不同的并网测试标准 . 以 欧洲 主要的几个 新能源 补贴较好的国家为例 . 试验应遵循各项配电网要求国家标准意大利 ： Enel 配电网连接准则 Guidelines for connections to the Enel Distribuzione grid CEI 0-21 A70 德国 ： DIN VDE 0126-1-1 确保连续提供基极电流，使晶体管在导通状态中保持饱和状态。为了支持动态操作， 15V 的驱动器电源电压引起更快的瞬态变化， 并提高性能。 SiCBJT 的阈值电压约为 3V。通常情况下无需使用负极驱动电压或米勒钳位来提高抗扰度。SiCBJT 是一个 “ 常关型 ” 器件，并且仅在持续提供基极电流时激活。选择静态操作的基极电流值会涉及到传导损耗和驱动损耗间的折衷平衡。尽管有较高的增益值 (因此会形成较低的基极电流 )，驱动损耗对 SiCBJT 仍非常重要， 由于 SiC 布局具有较宽能带间隙， 因此必须在基极和发射极间提供一个更高的正向电压。将基极电流增加一倍，从 0.5A 增加到 1A，仅降低正向等效电阻 10%，因此需要降低传导损耗， 同时使饱和度转变为较高水平。 这是我们设计升压转换器的一个重要考虑因素，因为它会在更高的电流纹波下运行。 1A 的基极电流会使开关能力增加至 40A 静态驱动损耗是选定驱动电压和输入电压的一个函数 (间接表示占空比值 )。 实现高开关速度需要 15V 的驱动电压， 产生约 8W 的损耗， 主要集中在基极电阻上。 为了弥补这方面的损耗， 对于动态和静态操作，我们通常使用两个单独的电源电压。图 1提供了示意图。高压驱动器的控制信号会 “ 中断 ” ，因此它仅在开关瞬态期间使能。静态驱动阶段使用较低电压， 从而可以降低静态损耗， 并在整个导通期间保持激活状态。使用两个电源电压降低损耗图 1.使用两个电源电压降低损耗减小滤波器的尺寸在更高的开关频率下运行， 可降低无源元件的成本。 为了进一步提高功率密度， 我们着眼于改善滤波器电感的方法。 在评估了各种核心材料的能力后，我们选择了一种使用 Vitroperm500F( 一种薄夹层式纳米晶体材料 )制成的新型磁芯材料。该材料产生的损耗低，且在高频率下运转良好。 此外也可在高饱和磁通值下运行， 这意味着该材料比类似的铁氧体磁芯 (图 2右侧 )要小得多。 使用 Virtoperm 磁芯构成的滤波电感器，约为参照系统的四分之一大小。图 2显示了在最大电流纹波 (40%) 下对于不同材料将电感器尺寸作为开关频率函数的因素。在此，我们假设电感量近似为电感值，而这又取 决 于 峰 值 磁 通 密 度 和 开 关 频 率 。 在 达 到 指 定 的 临 界 点 ( 在100mW/cm 时定义的特定损耗 3)后，需要降低峰值磁通量以避免过热，从而在该点之外运行将不会导致其大小显著减小。频率一定时，Vitroperm500F 可在所有材料中实现最佳性能。比较图 2.用作频率函数的不同芯材的电感器大小，以及与 Vitroperm 和铁氧体磁芯的大小比较图 3显示了测得的效率级，包括采用两阶段解决方案的驱动损耗。根据计算得出的损耗分布如下图曲线所示。 该系统可以在没有达到临界温度或饱和度的情况下达到高电流负载。 该两阶段驱动解决方案会将驱动损耗降低至输入功率的 0.02% 左右。 整体损耗更低使得所需的散热片尺寸减小， 且更高的开关频率允许使用更小的过滤器元件。 所有这些特性最终有助于降低系统成本。原型图图 3.48kHz 时的效率和驱动损耗，以及原型图