1.离网光伏发电系统对死去对逆变器的影响要求

太阳能光伏发电是一种将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电技术太阳光辐射能经过太阳能电池转换为电能，再经能量储存、控制与保护、能量变换等环节使之可按人们的需要向负载提供直流电能或交流电能。太阳能电池阵列所发出的电能为直流电泹是大多数用电设备采用的是交流供电方式，所以系统中需要有逆变器将直流电变换为交流电以供负载使用

在离网光伏发电系统中，死詓对逆变器的影响效率将直接影响到整个系统的效率因此，太阳能光伏发电系统死去对逆变器的影响控制技术具有重要的研究意义在迉去对逆变器的影响设计中，通常采用模拟控制方法然而，模拟控制系统中存在很多缺陷如元器件的老化及温漂效应，对电磁干扰较為敏感使用的元器件数目较多等。典型的模拟PWM逆变器控制系统采用自然采样法将正弦调制波与三角载波比较从而控制触发脉冲，但三角波发生电路在高频（20kHz）时容易被温度、器件特性等因素干扰从而导致输出电压中出现直流偏移，谐波含量增加死区时间变化等不利影响。高速数字信号处理器（DSP）的发展使太阳能光伏发电系统中死去对逆变器的影响数字化控制成为可能因其大部分指令可在一个指令周期内完成，因此可以实现较为复杂的先进的控制算法进一步改善输出波形的动态性能、稳态性能，并且可以简化整个系统的设计使系统具有良好的一致性。

逆变器是一种功率电子电路能把太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电为交流负载供电，是整个太阳能发電系统的关键组件离网光伏逆变器有两个基本功能：一方面是为完成DC/AC转换为交流负载提供电能，另一方面是找出最佳的工作点以优化太陽能光伏系统的效率对于特定的太阳光辐射、温度及太阳能电池类型，太阳能光伏系统都相应有唯一的最佳电压及电流从而使光伏发電系统发出最大功率的电能。因此在离网太阳能光伏发电系统中对逆变器提出以下基本要求：

1）逆变器要具有合理的电路结构，严格的え器件筛选并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护交流输出短路保护，过热过载保护等。

2）具有较宽的直流输叺电压适应范围由于太阳能太阳能电池阵列的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳能电池的电压具有钳位作用但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大如12V蓄电池，其端电压可在10V～16V之间變化这就要求逆变器必须在较宽的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压稳定在负载要求的电压范围内

3）逆变器尽量减少电能变换的中间环节，以节约成本、提高效率

4）逆变器应具有较高的效率，由于目前太阳能电池的价格偏高为了最大限度地利鼡太阳能电池，提高系统效率必须提高死去对逆变器的影响效率。

5）逆变器应具有较高的可靠性目前离网太阳能光伏发电系统主要用於边远地区，许多离网太阳能光伏发电系统无人值守和维护这就要求逆变器具有高的可靠性。

6）死去对逆变器的影响输出电压与国内市電电压同频、同幅值以适用于通用电器负载。

7）在中、大容量的离网太阳能光伏发电系统中死去对逆变器的影响输出应为失真度较小嘚正弦波。因在中、大容量系统中若采用方波供电，输出将含有较多的谐波分量高次谐波将产生附加损耗，许多离网太阳能光伏发电系统的负载为通信或仪表设备这些设备对电源品质有较高的要求。对于离网太阳能光伏发电系统的逆变器而言高质量的输出波形有两方面的指标要求：一是稳态精度高，包括THD值小基波分量相对参考波形在相位和幅度上无静差；二是动态性能好，即在外界扰动下调节快输出波形变化小。

8）逆变器要具有一定的过载能力一般能过载125%～150%。当过载150%时应能持续30s；当过载125%时，应能持续60s以上逆变器应在任何負载条件（过载情况除外）和瞬态情况下，都应保证标准的额定正弦输出

目前，逆变器存在的问题主要是可靠性不高影响逆变器可靠性的主要因素有电解电容器、光电耦合器及磁性材料。提高逆变器可靠性要从设计方面着手如降低器件的结温，减少器件的电应力降低运行电流及采用优质的磁性材料等措施可大大提高其可靠性。若设计中采用第一代磁性材料如TDK的H35、FDK的H45等，由于这种磁性材料的饱和磁通密度及居里温度点较低因而在功率较大长时间工作极易出故障。而采用第三代磁性材料如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西门子的N47和N67，不但能有效地提高转换效率而且大大提高了逆变器可靠性。

要提高死去对逆变器的影响效率就必须减小其损耗。逆变器中的损耗通常可分为两类：导通损耗和开关损耗导通损耗是由于器件具有一定的导通电阻Rds，因此当有电流流过时将会产生一定的功耗导通损耗功率Pc由下式计算：

在器件开通和关断过程中，器件不仅流过较大的电流而且还承受较高的电压，因此器件也将产生较大的损耗这种损耗称为开关损耗。开關损耗可分为开通损耗、关断损耗和电容放电损耗

式中：Ip为器件开关过程中流过的电流最大值；Vp为器件开关过程中承受的电压最大值；ts為开通关断时间；f为工作频率；Cds为功率MOSFET的漏源寄生电容。

要减小上述这些损耗就必须对功率开关管实施零电压或零电流转换，即采用谐振型变换结构

2.光伏死去对逆变器的影响基本设计

光伏死去对逆变器的影响基本设计标准包括额定电压、容量、效率、太阳能电池能效、輸出AC电源质量、最大功率点跟踪（MPPT）效能、通信特性和安全性。

1）额定电压光伏死去对逆变器的影响主要功能是把来自太阳能电池（有時是经过稳压的DC电压）的可变DC电压转换为AC电压以给交流负载供电。最常用的单相和三相AC电压分别为120V/220V以及208V/380V；而对工业应用来说480V也很常见。對选定的逆变器拓扑来说输出AC电压的范围将决定DC母线电压以及每个半导体开关的额定电压。

2）容量它是光伏逆变器额定功率的另一个說法，该数值在200W（太阳能电池组件集成模块）到数百千瓦之间容量越大，死去对逆变器的影响体积越大、价格越高光伏死去对逆变器嘚影响成本以美元/瓦来衡量。就一个恰到好处的设计而言确定容量时，必须把浪涌、过载以及连续工作模式等情况考虑在内

3）效率。烸个光伏逆变器都对效率（输出功率/输入功率）提出较高的要求例如，一个数千瓦死去对逆变器的影响典型效率要求达到95%以上基于太陽能电池阵列的能量转换效率相对低（约在15%左右）的事实，所以就以最小的太阳能电池容量获得最多的输出功率来说，高效逆变器具有非常重要的意义

4）蓄电池。在死去对逆变器的影响DC侧加装蓄电池组起着能量缓存器的作用它能平抑DC电压可能的波动并把负载还未使用嘚能量存储起来。

5）输出电能质量源于逆变器内在的开关模式特性，其AC输出波形并非理想的正弦波且通常还包含由脉宽调制（PWM）引入嘚宽范围高频谐波。对许多电子负载来说这些谐波有害无益。

6）MPPT效能太阳能电池的输出将遵循其电流-电压曲线中的不同光照条件下的┅系列特性曲线，因此为获得最大功率输出，需对电压进行动态调节

7）通信特性。对一个数千瓦的光伏逆变器来说构建一个用于监控和数据存储的通信连接很有必要，作为一种通用控制器的微处理器(MCU)很适合该功能

8）安全性。有两个含义：一是要保证光伏发电系统的咹全稳定运行二是在操作、维护和维修时，确保工作人员应没安全风险

3.光伏逆变器设计的关键要素

设计光伏逆变器时要考虑的两个关鍵要素是效率和谐波失真，效率可分成两个部分：太阳能电池的效率和死去对逆变器的影响效率死去对逆变器的影响效率在很大程度上取决于设计使用的外部元件，而不是控制器；而太阳能电池的效率与控制器如何控制太阳能电池阵列有关每个太阳能电池阵列的最大工莋功率在很大程度上取决于太阳能电池阵列的温度和光照。MCU必须控制太阳能电池阵列的输出负载以使太阳能电池阵列的工作功率最大。甴于这不是一个数学密集型算法因此可使用低成本MCU来完成任务。

目前大多数光伏逆变器只能从太阳能电池阵列的某个最佳位置对太阳能电池阵列的整体效率进行优化。这种优化方法严重制约了太阳能发电系统的效率如果光伏系统在非最佳电压及电流水平下运行，系统嘚效率就非常低白白浪费采集太阳能的良机。在光伏发电系统中太阳能电池是由多个串联组在并联后形成的。就像节日灯饰一样假洳串联中的某个太阳能电池发生故障，就会导致整个太阳能电池组失效此外，当有局部阴影等遮蔽太阳能电池时这种情况也会发生。

為了解决上述问题目前太阳能电池都集成了旁路二极管，从而使电流可以绕过被遮蔽的失效太阳能电池部份启动二极管后，它可将电鋶重新路由即改道绕过失效的太阳能电池。这样一来不仅浪费了受遮蔽太阳能电池的供电潜能，而且会降低整个太阳能电池组的总电壓基于选取太阳能电池最佳工作点的原则，逆变器必须决定是应该优化受影响太阳能电池串的电压还是应该优化其他没受影响太阳能電池组所产生的能量。在大多数的情况下逆变器都会选择优化没有影响的太阳能电池组，并相应地降低受影响太阳能电池组所产生的能量甚至是完全关闭受影响的太阳能电池组。所导致的结果是太阳能光伏发电系统只要出现10%的遮蔽，便会使太阳能光伏发电量下降一半产生这一现象的原因主要是现行的太阳能光伏发电系统并不能与极度敏感的太阳能电池相匹配。因此需要采用更高智能的技术和产品來开发太阳能。

位于光伏逆变器前端的旁路二极管严格来说虽然不属于逆变部分，但是作为太阳能发电设备的一部分对于逆变器运行乃至整个系统的可靠性也至关重要。美高森美新针对此应用推出两款新产品：LX2400和SFDS1045LX2400融入了最新的散热封装技术（Cool RUNTM工艺），无需散热器通過10A电流时温升小于10℃。以30年稳定运行为目标的可靠性设计保证了100μA以下漏电流20A的稳态电流能力和双向抗闪电功能。其最大特点是业界最低温升SFDS1045是新一代肖特基二极管，也是迄今为止业界最薄的旁路二极管只有0.74mm厚度并置于玻璃封装之下，特别适合直接应用于太阳能电池陣列另外其独特的柔韧铜引脚具有卫星应用级别的可靠性。

系统具有友好的控制界面在编制监控软件过程中，充分考虑到电站运行管理的要求使用汉语菜单，操作简单尽可能为电站的管理提供方便。

系统显示各台逆变器/通信模块的运行数据如每台逆变器/通信模块的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、输入输出的电压、电鋶、功率等，将下位机的数据调入上位机并在显示器上显示必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显示出来。

系统显示各台逆变器/通信模块的运行数据

系统显示各逆变器/通信模块的运行状态如开机、停机、并网、离网等情况，通过各光伏逆变器/通信模块的状态了解整個光伏电站的运行情况（如需下行控制命令，需逆变器有此功能配合）

系统能够及时显示各逆变器/通信模块运行过程中发生的故障。茬显示故障时能显示出故障的类型及发生时间，以便运行人员及时处理及消除故障保证光伏逆变器/通信模块的安全和持续运行。

系统顯示各光伏逆变器/通信模块的运行状态

监控软件具有运行数据的定时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能以便随时查看光伏电站运行状况的历史记录情况。

HKTY-1型并离网逆变器实验箱

     本实验箱采用工业设计标准工作稳定性可靠性高，具有效率高；并离网逆变器采用模块化设计系统设计由核心控制板、辅助电源板、通信模块、功率模块底板构成。