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光伏发电系统中逆变器的原理与应用

目前我国光伏发电体系重要是直流体系,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,如我国西北地域使用较多的太阳能户用照明体系以及远离电网的微波站供电体系均为直流体系。慈ナ类体系构造简略,成本低廉,但由于负载直流电压的不同(如12V、24V、48V等),很难实现体系的尺度化和兼容性,特殊是民用电力,由于大多为交换负载,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,这就必需采纳成熟的市场模式,今后交换光伏发电体系必将成为光伏发电的主流。光伏发电体系对逆变电源的请求采纳交换电力输出的光伏发电体系,由光伏阵列、充放电操纵器、蓄电池和逆变器四部分组成(并网发电体系一般可省去蓄电池),而逆变器是要害部件。光伏发电体系对逆变器请求较高:

  1.请求具有较高的效力。由于目前太阳电池的价钱偏高,为了最大限度地应用太阳电池,进步体系效力,必需设法进步逆变器的效力。

  2.请求具有较高的可靠性。目前光伏发电体系重要用于边远地域,许多电站无人值守和保护,这就请求逆变器具有合理的电路构造,严峻的元器件筛选,并请求逆变器具备各种维护功效,如输入直流极性接反维护,交换输出短路维护,过热、过载维护等。

  3.请求直流输入电压有较宽的适应范畴,由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变革,蓄电池虽然对太阳电池的电压具有首要作用,但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变革而波动,特殊是当蓄电池老化时其端电压的变革范畴很大,如12V蓄电池,其端电压可在10V~16V之间变革,这就请求逆变器必需在较大的直流输入电压范畴内保证正常工作,并保证交换输出电压的稳固。

  4.在中、大容量的光伏发电体系中,逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量体系中,若采纳方波供电,则输出将含有较多的谐波分量,高次谐波将发生附加损耗,许多光伏发电体系的负载为通讯或仪表装备,这些装备对电网品格有较高的请求,当中、大容量的光伏发电体系并网运行时,为避免与公共电网的电力污染,也请求逆变器输出正弦波电流。逆变器将直流电转化为交换电,若直流电压较低,则通过交换变压器升压,即得到尺度交换电压和频率。对大容量的逆变器,由于直流母线电压较高,交换输出一般不须要变压器升压即能到达220V,在中、小容量的逆变器中,由于直流电压较低,如12V、24V,就必需设计升压电路。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,输出得到交换电力,由于功率晶体管共地边接,驱动及操纵电路简略,另外由于变压器具有必定的漏感,可限制短路电流,因而进步了电路的可靠性。其毛病是变压器应用率低,带动感性负载的才能较差。全桥逆变电路战胜了推挽电路的毛病,功率晶体管调节输出脉冲宽度,输出交换电压的有效值即随之转变。由于该电路具有续流回路,即使对感性负载,输出电压波形也不会畸变。该电路的毛病是上、下桥臂的功率晶体管不共地,因此必需采纳专门驱动电路或采纳隔离电源。

  另外,为防止上、下桥臂产生共同导通,必需设计先关断后导通电路,即必需设置去世区光阴,其电路构造较繁杂。推挽电路和全桥电路的输出都必需加升压变压器,由于升压变压器体积大,效力低,价钱也较贵,随着电力电子技能和微电子技能的发展,采纳高频升压变换技能实现逆变,可实现高功率密度逆变,这种逆变电路的前级升压电路采纳推挽构造,但工作频率均在20KHz以上,升压变压器采纳高频磁芯资料,因而体积小、重量轻,高频逆变后经过高频变压器变成高频交换电,又经高频整流滤波电路得到高压直流电(一般均在300V以上)再通过工频逆变电路实现逆变。采纳该电路构造,使逆变器功率大大进步,逆变器的空载损耗也相应下降,效力得到进步,该电路的毛病是电路繁杂,可靠性比上述两种电路低。