一巡莹、前言

    目前我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是直流系統(tǒng)，即將太陽(yáng)電池發(fā)出的電能給蓄電池充電甜紫，而蓄電池直接給負(fù)載供電降宅，如我國(guó)西北地區(qū)使用較多的太陽(yáng)能戶用照明系統(tǒng)以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)的微波站供電系統(tǒng)（如圖１所示）均為直流系統(tǒng)。此類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單囚霸，成本低廉腰根，但由于負(fù)載直流電壓的不同（如１２Ｖ、２４Ｖ拓型、４８Ｖ唠雕、等），很維實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性吨述，特別是民用電力 岩睁，由于大多為交流負(fù)載，以直流電力供電的光伏電源很難作為商品進(jìn)入市場(chǎng)阅王。另外湖生，光伏發(fā)電最終將實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，這就必須采用成熟培扳，今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為光伏發(fā)電的主流澳敞。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變電源的要求

    采用交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)硫薇，由光伏陣列宴宠、充放電控制器、蓄電池和逆變電源四部分組成（并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般可省去蓄電池）但治，而逆變電源是關(guān)鍵部件碾危。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變電源要求較高：

（１）要求具有較高的效率。由于目前太陽(yáng)電池的價(jià)格偏高习诬，為了最大限度地利用太陽(yáng)電池丛铅，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變電源的效率。

（２）要求具有較高的可靠性壤趴。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)涎拉，許多電站無(wú)人值守和維護(hù)，這就要求逆變電源具有合理的電路結(jié)構(gòu)的圆，嚴(yán)格的元器件篩選鼓拧，并要求逆變電源具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)越妈，交流輸出短路保護(hù)毁枯，過(guò)熱，過(guò)載保護(hù)等叮称。

（３）要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍种玛，由于太陽(yáng)電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對(duì)太陽(yáng)電池的電壓具有鉗位作用瓤檐，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動(dòng)赂韵，特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大， 如１２Ｖ蓄電池挠蛉，其端電壓可在１０Ｖ～１６Ｖ之間變化祭示，這就要求逆變電源必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定谴古。

（４）在中质涛、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波少镇。這是由于在中胯炊、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電效荷，則輸出將含有較多的諧波分量回东，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備密士，這些設(shè)備對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)有較高的外成吓，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)孙般，為避免鐸公共電網(wǎng)的電力污染切咸，也要求逆變電源輸出正弦波電流。

三谊蚣、逆變電源的原理與電路結(jié)構(gòu)

    逆變電源將直流電轉(zhuǎn)化為交流玲崩，其電路原理如圖３所示、功率晶體管Ｔ１物忠、Ｔ３和Ｔ２婚被、Ｔ４交替開通得到交流電力，若直流電壓較低梳虽，則通過(guò)交流變壓器升壓址芯，即得到標(biāo)準(zhǔn)交流電壓和頻率。對(duì)大容量的逆變電源窜觉，由人直流母線電壓較高谷炸，交流輸出一般不需要變壓器升壓即能達(dá)到２２０Ｖ，在中禀挫、小容量的逆變電源中旬陡，由于直流電壓較低，如１２Ｖ语婴、２４Ｖ描孟，就必須設(shè)計(jì)升壓電路。

     中砰左、小容量逆變電源一般有推挽逆變電路匿醒、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種其主電路分別如圖3、圖４和 圖５所示缠导，圖４所示的推挽電路抢妈，將升壓變壓器的中性抽頭接于正電源，兩只功率管交替工作恋晃，輸出得到交流電力栖俐，由于功率晶體管共地邊接，驅(qū)動(dòng)及控制電路簡(jiǎn)單陷立，另外由于變壓器具有一定的漏感肥寺，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性柱炼。其缺點(diǎn)是變壓器利用率低癣偶，帶動(dòng)感性負(fù)載的能力較差。

    圖３所示的全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點(diǎn)据滑，功率晶體管T1恃楔、T4和T2、T3反相培晓，T1和T2相位互差180度涡写。調(diào)節(jié)T1和T2的輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變廓握。四只功率晶體管的控制信號(hào)和輸出波形如圖６所示搅窿，由于該電路具有能使T2和T4共同導(dǎo)通的功能，因而具有續(xù)流回路隙券，即使對(duì)感性負(fù)載男应，輸出電壓波形也不會(huì)畸變闹司。該電路的缺點(diǎn)是上、下橋臂的功率晶體管不共地沐飘，因此必須采用專門驅(qū)動(dòng)電路或采用隔離電源游桩。另外，為防止上耐朴、下橋臂發(fā)生共同導(dǎo)通借卧，在T1、T4及T2筛峭、T3之間必須設(shè)計(jì)先關(guān)斷后導(dǎo)通電路铐刘，即必須設(shè)置死區(qū)時(shí)間，其電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜影晓×常　

    推挽電路和全橋電路的輸出都必須加升壓變壓器，由于工頻升壓變壓器體積大捉瘟，效率低恃打，價(jià)格也較貴，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展识俄，采用高頻升壓變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)逆變市缠，可實(shí)現(xiàn)高功率密度逆變，這種逆變電路的前級(jí)升壓電路采用推挽結(jié)構(gòu)纫蝗，但工作頻率均在２０ＫＨＺ以上羔辉，升壓變壓器采用高頻磁芯材料，因而體積谐鸷／重量輕睁衰，高頻逆變后經(jīng)過(guò)高頻變壓器變成高頻交流電，又經(jīng)高頻整流濾波電路得到高壓直流電（一般均在３００Ｖ以上）再通過(guò)工頻逆變電路實(shí)現(xiàn)逆變塌纯。

    采用該電路結(jié)構(gòu)蝴趾，使逆變虬路功率密度大大提高，逆變電源的空載損耗也相應(yīng)降低隆肪，效率得到提高愿味，該電路的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，可靠性比上述兩種電路低怀樟。

四功偿、逆變電路的控制電路

    上述幾種逆變電源的主電路均需要有控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般有方波和正弱波兩種控制方式往堡，方波輸出的逆變電 源電路簡(jiǎn)單械荷，成本低，但效率低虑灰，諧波成份大吨瞎。正弦波輸出是逆變電源的發(fā)展趨勢(shì)痹兜，隨著微電子技術(shù)的發(fā)民，有ＰＷＭ功能的微處理器也已問(wèn)世颤诀，因此正弦波輸出的逆變技術(shù)已經(jīng)成熟字旭。

１、方波輸出的逆變電源目前多采用脈寬調(diào)制集成電路着绊，如ＳＧ３５２５谐算，ＴＬ４９４等熟尉。實(shí)踐證明归露，采用ＳＧ３５２５集成電路，并采用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為開關(guān)功率元件坠街，能實(shí)現(xiàn)性能價(jià)格比較高的逆變電源种烫，由于ＳＧ３５２５具有直接驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管的能力（圖７）并具有內(nèi)部基準(zhǔn)源和運(yùn)算放大器和欠壓保護(hù)功能，因此其外圍電路很簡(jiǎn)單墅失。

２鼻御、正弦波輸出的逆變電源控制集成電路

正弦波輸出的逆變電源，其控制電路可采用微處理器控制筑渴，如INTEL公司生產(chǎn)的80C196MC贰筹、摩托羅拉公司生產(chǎn)的MP16以及MI－CROCHIP公司生產(chǎn)的PIC16C73等，這些單片機(jī)均具有多路ＰＷＭ發(fā)生器磕阱，并可設(shè)定上前挡、上橋臂之間的死區(qū)時(shí)間，采用INTEL公司80C196MC實(shí)現(xiàn)正弦波輸出的電路如圖８所示情澈，80C196MC完成正弦波信號(hào)的發(fā)生屎谆，并檢測(cè)交流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓瘤琐。

五琐览、逆變電源主電路功率器件的選擇

    逆變電源的主功率元件的選擇至關(guān)重要，目前使用較多的功率元件有達(dá)林頓功率晶體管（ＢＪＴ）柑土，功率場(chǎng)效應(yīng)管（ＭＯＳＦＥＴ）蜀肘，絕緣柵晶體管（ＩＧＢＴ）和可關(guān)斷晶閘管（ＧＴＯ）等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為ＭＯＳＦＥＴ稽屏，因?yàn)椋停希樱疲牛跃哂休^低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率幌缝，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用ＩＧＢＴ模塊，這是因?yàn)椋停希樱疲牛噪S著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大诫欠，而ＩＧＢＴ在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢(shì)涵卵，而在特大容量（１００ＫＶＡ以上）系統(tǒng)中，一般均采用ＧＴＯ作為功率元件荒叼。

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