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光伏发电系统的逆变器原理和应用
来源电子工程世界 日期2011-2-28 作者 点击

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?#20445;福?#31561;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?#30465;?#30001;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?#30465;?/p>

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?#30452;?#25252;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?#20445;中?#30005;池其端电压可在?#20445;保种?#38388;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?#27169;?#35768;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?#20445;?#20026;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?#31995;ͣ?#21017;通过交流变压器升压即得到标准交流电压和频?#30465;?#23545;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到֣在中小容量的逆变器中由于直流电压?#31995;ͣ?#22914;?#20445;?#23601;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?#20351;?#20132;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?#19978;?#21046;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?#34892;?#36127;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?#34892;?#20540;即随之改变由于该电路具?#34892;?#27969;回路即使对?#34892;?#36127;载输出电压波?#25105;?#19981;会畸变该电路的缺点是上下桥臂的功率晶体管不共地因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源另外为防止上下桥臂发生共同导通必须设计先关断后导通电路即必须设置死区时间其电路结构较复杂

推挽电路和全桥电路的输出都必须?#30001;?#21387;变压器由于升压变压器体积大效率低价格也较贵随着电力电子技术和微电子技术的发展采用高频升压变换技术实现逆变可实现高功率密度逆变这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构但工作频率均在ˣȣ以上升压变压器采用高频磁芯材料因而体积小重量轻高?#30340;?#21464;后经过高频变压器变成高频交流电又经高频整流滤波电路得到高压直流电一般均在?#24120;?#20197;上再通过工?#30340;?#21464;电路实现逆变

采用该电路结构使逆变器功率大大提高逆变器的空载损耗也相应降低效?#23454;?#21040;提高该电路的缺点是电路复杂可靠?#21592;?#19978;述两种电路低

逆变电路的控制电路

上述几种逆变器的主电路均需要有控制电路来实现一般有方波和正弱波两种控?#21697;?#24335;方波输出的逆变电源电路简单成本低但效率低谐波成份大正弦波输出是逆变器的发展趋势随着微电子技术的发展有Уף功能的微处理器也已问世因?#33487;?#24358;波输出的逆变技术已经成熟

1方波输出的逆变器目前多采用脉宽调制集成电路如ӣ?#24120;ԣ̣?#31561;实践证明采用ӣ?#24120;导?#25104;电路并采用功率场效应管作为开关功率元件能实?#20013;?#33021;价格比较高的逆变器由于ӣ?#24120;?#20855;有直接驱动功率场效应管的能力并具?#24515;?#37096;基准源和运算放大器和欠压保护功能因此其外围电路很简单

2正弦波输出的逆变器控制集成电路正弦波输出的逆变器其控制电路可采用微处理器控制如ɣΣԣţ公?#26087;?#20135;的?#31119;ã保ͣ֙?#25705;?#26032;?#25289;公?#26087;?#20135;的ͣ?#20445;?#20197;及ͣɣãңϣãȣɣ公?#26087;?#20135;的Уɣ?#20445;ãP?#31561;这些单片机均具有多路Уף发生器并可设定上上桥臂之间的死区

 

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