光伏發(fā)電技術及其應用-教學課件-作者-魏學業(yè)-第三章

第3章

光伏逆變器的結構與原理光伏逆變器是實現(xiàn)光伏能量轉換的核心，它對光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠、高效的運行起著決定性的作用，因此了解光伏逆變器的結構和工作原理對光伏逆變器的設計十分重要。第3章光伏逆變器的結構與原理光伏逆變器是3.1光伏逆變器的結構光伏逆變器可分為獨立和并網(wǎng)型兩種，它們又可分為方波逆變器、階梯波逆變器和正弦波逆變器。逆變器根據(jù)是否使用變壓器可以劃分成有變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器。逆變器是一種由半導體器件組成的電力調整裝置，主要用于把直流電力轉換成交流電力，一般含有升壓電路和逆變橋電路。升壓電路將光伏電池板的不規(guī)則輸出電壓升高到所需的穩(wěn)定直流電壓，為后級逆變電路提供穩(wěn)定的直流母線電壓。3.1光伏逆變器的結構光伏逆變器可分為獨3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-1可調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構框圖3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-1可調度式光伏3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-2不可調度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-2不可調度式光3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（1）逆變器4種結構的原理框圖a）集中式逆變器b）集成式逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（1）逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（2）逆變器4種結構的原理框圖c）串行逆變器d）多重串行逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（2）逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成逆變器指標集中式集成式串型多重串聯(lián)型MPPT集中式獨立式獨立式獨立式功率等級MW≤500W≤2kWMW系統(tǒng)可擴充性不可擴充不可擴充不可擴充可擴充直流母線需要不需要不需要需要效率低較低高高是否容錯無有無有單位功率生產(chǎn)成本較低高較低較低表3-14種逆變器結構的特性3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成逆變3.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行模式1．獨立運行模式3．混合型運行模式2．并網(wǎng)運行模式3.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行模式1．獨立運行模式3．混合3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-5工頻光伏逆變器的基本結構3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-5工頻光伏逆變器3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-6高頻光伏逆變器的基本結構3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-6高頻光伏逆變器3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-7非隔離型的基本結構a)單級型b)多級型3.1.3光伏逆變器的電路結構圖33.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-8多DC/DC（MPPT）、單逆變系統(tǒng)結構3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-8多DC/DC（3.1.4光伏逆變器的主要技術指標1．輸出電壓的穩(wěn)定度2．輸出電壓的波形失真度3．額定輸出頻率4．負載功率因數(shù)5．逆變器效率6．額定輸出電流7．保護措施8．起動特性9．噪聲3.1.4光伏逆變器的主要技術指標1．輸出電壓的穩(wěn)定度23.2光伏逆變器的基本工作原理逆變器主要由晶體管、MOS晶體管、IGBT等開關器件構成，通過有規(guī)則地使開關器件重復開-關（ON-OFF），從而實現(xiàn)直流輸入到交流輸出。當然，這樣單純地由開和關回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻脈寬調制（HighPulseWidthModulation,HPWM），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變窄，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內始終讓開關器件按一定頻率朝一個方向動作，這樣就形成一個脈沖序列（擬正弦波），然后讓脈沖通過簡單的濾波器輸出正弦波。要使逆變器的輸出滿足要求，還需要在逆變器的控制中采用閉環(huán)控制。在獨立型的逆變器中，負載變化時，需要輸出電壓穩(wěn)定。在并網(wǎng)逆變器中，逆變器需要實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓鎖相跟蹤。3.2光伏逆變器的基本工作原理逆變器主要3.2.1單相逆變器圖3-9單相推挽式逆變器的拓撲圖3-10電路驅動波形圖3-11輸出電壓、電流波形1．推挽式逆變器3.2.1單相逆變器圖3-9單相推挽式逆變器的拓撲圖3.2.1單相逆變器圖3-12半橋式逆變電路的拓撲2．半橋式逆變器圖3-13半橋型逆變器的工作波形3.2.1單相逆變器圖3-12半橋式逆變電路的拓撲23.2.1單相逆變器3．單相全橋逆變器圖3-14單相全橋逆變電路拓撲圖3-15全橋輸出電壓、電流波形3.2.1單相逆變器3．單相全橋逆變器圖3-14單相3.2.2輸出電壓的調節(jié)方法1．移相調壓法圖3-16移相控制原理3.2.2輸出電壓的調節(jié)方法1．移相調壓法圖3-163.2.2輸出電壓的調節(jié)方法2．脈寬調節(jié)法圖3-17脈寬調節(jié)的控制波形3.2.2輸出電壓的調節(jié)方法2．脈寬調節(jié)法圖3-173.2.3三相逆變器1．三相電壓型逆變器圖3-18三相電壓型逆變器的基本電路圖3-19驅動脈沖波形3.2.3三相逆變器1．三相電壓型逆變器圖3-18三3.2.3三相逆變器1．三相電壓型逆變器圖3-20各相輸出的波形3.2.3三相逆變器1．三相電壓型逆變器圖3-20各3.2.3三相逆變器2．三相電流型逆變器圖3-22三相電流型逆變器的電路結構3.2.3三相逆變器2．三相電流型逆變器圖3-22三第3章

光伏逆變器的結構與原理光伏逆變器是實現(xiàn)光伏能量轉換的核心，它對光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠、高效的運行起著決定性的作用，因此了解光伏逆變器的結構和工作原理對光伏逆變器的設計十分重要。第3章光伏逆變器的結構與原理光伏逆變器是3.1光伏逆變器的結構光伏逆變器可分為獨立和并網(wǎng)型兩種，它們又可分為方波逆變器、階梯波逆變器和正弦波逆變器。逆變器根據(jù)是否使用變壓器可以劃分成有變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器。逆變器是一種由半導體器件組成的電力調整裝置，主要用于把直流電力轉換成交流電力，一般含有升壓電路和逆變橋電路。升壓電路將光伏電池板的不規(guī)則輸出電壓升高到所需的穩(wěn)定直流電壓，為后級逆變電路提供穩(wěn)定的直流母線電壓。3.1光伏逆變器的結構光伏逆變器可分為獨3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-1可調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構框圖3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-1可調度式光伏3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-2不可調度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-2不可調度式光3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（1）逆變器4種結構的原理框圖a）集中式逆變器b）集成式逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（1）逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（2）逆變器4種結構的原理框圖c）串行逆變器d）多重串行逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成圖3-3（2）逆變器3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成逆變器指標集中式集成式串型多重串聯(lián)型MPPT集中式獨立式獨立式獨立式功率等級MW≤500W≤2kWMW系統(tǒng)可擴充性不可擴充不可擴充不可擴充可擴充直流母線需要不需要不需要需要效率低較低高高是否容錯無有無有單位功率生產(chǎn)成本較低高較低較低表3-14種逆變器結構的特性3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構成逆變3.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行模式1．獨立運行模式3．混合型運行模式2．并網(wǎng)運行模式3.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行模式1．獨立運行模式3．混合3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-5工頻光伏逆變器的基本結構3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-5工頻光伏逆變器3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-6高頻光伏逆變器的基本結構3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-6高頻光伏逆變器3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-7非隔離型的基本結構a)單級型b)多級型3.1.3光伏逆變器的電路結構圖33.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-8多DC/DC（MPPT）、單逆變系統(tǒng)結構3.1.3光伏逆變器的電路結構圖3-8多DC/DC（3.1.4光伏逆變器的主要技術指標1．輸出電壓的穩(wěn)定度2．輸出電壓的波形失真度3．額定輸出頻率4．負載功率因數(shù)5．逆變器效率6．額定輸出電流7．保護措施8．起動特性9．噪聲3.1.4光伏逆變器的主要技術指標1．輸出電壓的穩(wěn)定度23.2光伏逆變器的基本工作原理逆變器主要由晶體管、MOS晶體管、IGBT等開關器件構成，通過有規(guī)則地使開關器件重復開-關（ON-OFF），從而實現(xiàn)直流輸入到交流輸出。當然，這樣單純地由開和關回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻脈寬調制（HighPulseWidthModulation,HPWM），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變窄，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內始終讓開關器件按一定頻率朝一個方向動作，這樣就形成一個脈沖序列（擬正弦波），然后讓脈沖通過簡單的濾波器輸出正弦波。要使逆變器的輸出滿足要求，還需要在逆變器的控制中采用閉環(huán)控制。在獨立型的逆變器中，負載變化時，需要輸出電壓穩(wěn)定。在并網(wǎng)逆變器中，逆變器需要實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓鎖相跟蹤。3.2光伏逆變器的基本工作原理逆變器主要3.2.1單相逆變器圖3-9單相推挽式逆變器的拓撲圖3-10電路驅動波形圖3-11輸出電壓、電流波形1．推挽式逆變器3.2.1單相逆變器圖3-9單相推挽式逆變器的拓撲圖3.2.1單相逆變器圖3-12半橋式逆變電路的拓撲2．半橋式逆變器圖3-13半橋型逆變器的工作波形3.2.1單相逆變器圖3-12半橋式逆變電路的拓撲23.2.1單相逆變器3．單相全橋逆變器圖3-14單相全橋逆變電路拓撲圖3-15全橋輸出電壓、電流波形3.2.1單相逆變器3．單相全橋逆變器圖3-14單相3.2.2輸出電壓的調節(jié)方法1．移相調壓法圖3-16移相控制原理3.2.2輸出電壓的調節(jié)方法1．移相調壓法圖3-163.2.2輸出電壓的調節(jié)方法2．脈寬調節(jié)法圖3-17脈寬調節(jié)的控制波形3.2.2輸出電壓的調節(jié)方法2．脈寬