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如何设计光伏发电系统中的逆变器

导读: 随着我国光伏发电应用规模与范围的不断扩大,光电市场对逆变器的需求量迅速增加。与此同时, 高质量、低成本的逆变器产品逐渐成为光电系统开发人员和广大用户所关注的问题。逆变器是电力电子技术的一个重要应用方面。

  一、前言

 

  随着我国光伏发电应用规模与范围的不断扩大,光电市场对逆变器的需求量迅速增加。与此同时, 高质量、低成本的逆变器产品逐渐成为光电系统开发人员和广大用户所关注的问题。逆变器是电力电子技术的一个重要应用方面。电力电子技术是电力、电子、自动控制及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合技术。因此, 逆变器所涉及的知识领域和技术内容十分广泛, 本文仅从光伏发电系统应用的角度, 对逆变器的基本工作原理、电路系统的构成作一简要介绍。近年来, 随着“小家电”产品的日益增多, 愈来愈多的人在使用可充电电池, 许多家庭都备有小型蓄电池充电器。充电器的核心部件是整流器, 它的功能是将50 周波的交流电整流成为直流电。逆变器与整流器恰好相反, 它的功能是将直流电转换为交流电。这种对应于整流的逆向过程, 称之为“逆变”。太阳电池在阳光照射下产生直流电, 然而以直流电形式供电的系统有很大的局限性。例如: 日光灯、电视机、电冰箱、电风扇等均不能直接用直流电源供电, 绝大多数动力机械也是如此。此外, 当供电系统需要升高电压或降低电压时,交流系统只需加一个变压器即可, 而在直流系统中升降压技术与装置就要复杂得多了。因此, 除特殊用户外, 在光伏发电系统中都需要配备逆变器。逆变器还具有自动调压或手动调压功能, 可改善光伏发电系统的供电质量。综上所述, 逆变器已成为光伏发电系统中不可缺少的重要配套设备。

 

  

 

  二、逆变器基本工作原理

 

  逆变器的种类很多, 各自的具体工作原理、工作过程不尽相同, 但是最基本的逆变过程是相同的。下面以最基本的逆变电路———单相桥式逆变电路为例

  具体说明逆变器的“逆变”过程。单相桥式逆变电路如图1 (a) 所示。输入直流电压为E , R 代表逆变器的纯电阻性负载。当开关K1 、K3 接通时, 电流流过K1 、R 和K3 , 负载上的电压极性是左正右负; 当开关K1 、K3 断开, K2 、K4 接通时, 电流流过K2 、R 和K4 , 负载上的电压极性反向。若两组开关K123 、K224 以频率f 交替切换工作时, 负载R 上便可得到频率为f 的交变电压Ur , 其波形如图1 ( b)所示。该波形为一方波, 其周期T = 1 / f 。图1 ( a) 电路中的开关K1 、K2 、K3 、K4 , 实际是各种半导体开关器件的一种理想模型。逆变器电路中常用的功率开关器件有功率晶体管( GTR) 、功率场效应管( POWER MOSF E T) 、可关断晶闸管( GTO) 及快速晶闸管( SCR) 等。近年来又研

  制出功耗更低、开关速度更快的绝缘栅双极型晶体管( IGB T) 。

 

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