逆变器

逆变器的的功能是将直流电转换为交流电，为“逆向”的整流过程，因此称为“逆变”。光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能，如变压器和电机等。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。逆变器除能将直流电能变换为交流电能外，还具有自动稳压的功能，可以改善风光互补发电系统的供电质量，在联网型光伏发电系统也需要使用具有并网功能的交流逆变器。逆变器种类很多，根据逆变器线路逆变原理的不同，有自激振荡型逆变器、阶梯波叠加逆变器和脉宽调制(PWM)逆变器等。根据逆变器主回路拓扑结构不同，可分为半桥结构、全桥结构、推挽结构等。

逆变器的控制可以使用逻辑电路或专用的控制芯片，也可以使用通用单片机或DSP芯片等，控制功率开关管的门极驱动电路。逆变器输出可以带有一定的稳压能力，以桥式逆变器为例，如果设计逆变器输出的交流母线额定电压峰值比其直流母线额定电压低10%~20%(目的是储备一定的稳压能力)，则逆变器经PWM调制输出其幅值可以有向高10%~20%调节的裕量，向低调节则不受限制，只需降低PWM的开通占空比即可。因此逆变器输人直流电压波动范围向下可以到-15%~20% ,向上只要器件耐压允许则不受限制，只需调小输出脉宽即可(相当于斩波)。当蓄电池或光伏电池输出电压较低时，逆变器内部需配置升压电路，升压可以使用开关电源方式升压也司以使用直流充电泵原理升压。逆变器使用输出变压器形式升压，即逆变器电压与蓄电池或光伏电池阵列电压相匹配，逆变器输出较低的交流电压，再经工频变压器升压送人输电线路。需要说明的是，不论是变压器还是电子电路升压，都要损失一部分能量。最佳逆变器工作模式是直流输人电压与输电线路所需要的电压相匹配，直流电力只经过一层逆变环节，以降低变换环节的损耗。一般来说逆变器的效率在90%以上。逆变环节损耗的能量转换为功率管、变压器的热形式能量，该热量对逆变器的运行是不利的，威胁装置的安全，要使用散热器、风扇等将此热量排出装置以外。逆变损耗通常包括二部分:导通损耗和开关损耗，MOSFET管开关频率较高，导通阻抗较大，由其构成的逆变器多工作在几十到上百千赫兹频率下;而IGBT则导通压降相对较小，开关损耗较大，开关频率在几千到几十千赫兹之间一般选择十千赫兹以下。开关并非理想开关，当其开通过程中电流有一上升过程，管子端电压有一下降过程，电压与电流交叉过程的损耗就是开通损耗，关断损耗为电压电流相反变化方向的交叉损耗。降低逆变器损耗主要是要降低开关损耗，新型的谐振型开关逆变器，在电压或电流过零点处实施开通或关断，从而可以降低开关损耗。

一般来说，逆变器的技术指标包括:使用环境为海拔不超过3000m, 温度0~+40C (也有特殊用途的逆变器要求低温为- 10C或更低的)，相对湿度90以下，直流输人额定电压士15%,输出电压波动范围不超过-5%,频率波动范围不超过-1%,谐波畸变率不超过10%，允许负载功率因数变化范围0. 5~1, 0。三相输出电压不对称度小于5%,噪声小于80dB，具有过载200%额定输出电流1分钟的能力，逆变器在额定负载下应能够可靠地启动。 逆变器保护功能应具有:输出短路保护、输出过电流保护、输出过电压保护、输出欠电压保护、输出缺相保护、功率电路超温保护等。例如，当传感器检测到输出有短路时，控制电路立即关闭功率管的驱动从而关断功率管的输出，实现对逆变器的保护。

1.方波逆变器

此逆变器输出的电压波形为方波，逆变器线路简单，价格便宜，实现较为容易。缺点是方波电压中含有大量的高次谐波成分，在负载中会产生附加的损耗，并对通信等设备产生较大的干扰，需要外加额外的滤波器。此类逆变器多见于早期，设计功率不超过几百瓦的小容量逆变器。

2.阶梯波逆变器

阶梯波逆变器输出的电压波形为阶梯波形，阶梯波逆变器的优点是输出波形接近正弦波，比方波有明显的改善，高次谐波含量减少。当阶梯波的阶梯达到16个以上时，输出的波形为准正弦波，整机效率较高。但此逆变器往往需要多组直流电源供电，需要的功率开关管也较多，给光伏阵列分组和蓄电池分组带来不便。

3.正弦波PWM逆变器

正弦波逆变器的优点是输出波形基本为正弦波，在负载中只有很少的谐波损耗，对通信设备干扰小，整机效率高。缺点是设备复杂、价格高。随着电力电子技术的进步，脉宽调制技术的普及，大容量PWM型正弦波逆变器逐渐成为逆变器的主流产品。以典型的单相全桥式逆变器为