太阳能发电系统及光伏逆变器PPT
太阳能发电是将太阳光的辐射能量转化为电能的发电技术。将太阳光的辐射能转换为电能的装置是光伏电池。但光伏电池只输出直流电能，必须通过逆变器将直流电变换为交流...
太阳能发电是将太阳光的辐射能量转化为电能的发电技术。将太阳光的辐射能转换为电能的装置是光伏电池。但光伏电池只输出直流电能，必须通过逆变器将直流电变换为交流电，才能为大多数用电设备提供交流电源。因此，高的转换效率是太阳能发电系统能否得到实际应用的关键因素，进一步来说，电力电子技术中的逆变器及其控制技术在太阳能发电系统中具有非常重要的作用。对于家用太阳能发电系统的逆变器来说，应满足下述技术要求。(1)输出功率为1~ 10kW(2)转换效率为90%~95%(3)直流侧电源电压的变化范围为10~530V时，仍能输出稳定的交流电(4)交流输出电压为220V(5)输出频率为(50士0.5)Hz(6)输出波形失真度小于10%满足上述技术要求的拓扑结构包括推挽式、半桥式、全桥式等，电路结构包括工频变压器(低频环节)、高频变压器(高频环节)和无变压器等多种形式。太阳能发电系统的结构太阳能发电系统的结构如图所示。从图中可以看出，系统包括太阳能电池阵列、直流控制器、逆变电路、控制电路、电网等部分。下图为太阳能发电系统的低频环节全桥式逆变器电路。在该电路中，太阳能电池阵列的直流输出电压经工频PWM逆变器转变为交流电压，再经过低频滤波器得到50Hz的交流输出电压并并入电网。由于季节和天气的变化，太阳能电池阵列接受到的光照强度会有很大变化。这就要求逆变器能在直流侧电源电压有较大范围的变化时，仍能提供稳定的交流输出。因此，会对控制电路提出较高的技术要求，如采用多种工作模式。(1)在晴天时，系统工作在SPWM逆变模式，太阳能转变成电能后，直接给负载供电或并入电网(2)在多云天气时，系统工作在后备模式，由蓄电池为负载供电(3)在深夜、不需要为负载供电时，系统工作在整流模式，由电网为蓄电池充电。需要指出的是，工频变压器的重量和体积很大，影响了低频环节逆变器在太阳能发电系统中的推广使用下图为太阳能发电系统的高频环节全桥式逆变器电路。上图(a)的电路结构为太阳能电池阵列-高频PWM逆变高频变压器整流滤波工频PWM逆变滤波并入电网或负载。其中，高频PWM逆变部分为推挽式逆变器，工频PWM逆变部分为全桥式逆变器。上图(b)的电路结构为太阳能电池阵列-高频PWM逆变高频变压器整流滤波极性反转逆变桥-并人电网或负载。其中，高频PWM逆变部分为全桥式逆变器，极性反转逆变桥也可视为全桥式逆变器。下图为太阳能发电系统的无变压器全桥式逆变器电路。该电路的主要特点如下(1)由于没有变压器，故效率高，且体积小、重量轻、成本较低(2)由于采用了升压和高频SPWM控制方式，故可以允许太阳能电池阵列的输出直流电压有较宽的变化范围，其系统的交流输出电压保持稳定(3)要采取措施解决输人/输出之间的隔离问题光伏逆变器太阳能发电又称为光伏发电。逆变器又称电源调整器，根据其在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用逆变器和并网型道变器两种。家用光伏发电系统若作为一个独立系统，则不需要与电网并网运行。在没有公共电力网的偏远地区，提倡建立独立运行的光伏发电系统。独立型光伏发电系统逆变器是包括边远地区的村庄供电系统、太阳能用户电源系统、通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等带有蓄电池的独立发电系统。在此系统中，采用蓄电池作为储能单元，日照较强时将剩余的电能储存在蓄电池中;日照不足或夜晚时，再将蓄电池中的电能通过逆变器变换为50Hz的交流电，供给照明和家用电器使用。下图为独立型光伏发电系统的结构图。若将光伏发电系统与电网并联，则构成并网型光伏发电系统，其结构如下图所示。在此系统中，不需要蓄电池作为储能单元，而是以电网作为储能单元。并网发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变转换后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。并网型光伏发电系统逆变器的工作原理如下：逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则需通过交流变压器升压，以得到标准的交流电压和频率。对于大容量的逆变器，由于直流母线电压绞高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V；而对于中、小容量的逆乐器，由于直流电压较低，如 12V、24V 等，就必须设计升压电路。中，小容量逆变器一般有推挽式逆变电路、全桥式逆变电路和高额升压式逆变电路3种。推挽式逆变电路的功率晶体管共地连接，驱动及控制电路简单；变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。推挽式逆变电路的缺点是变压器利用率低，带感性负载的能力较差。逆变器常采用全桥式逆变器，如下图所示。全桥式逆变电路克服了推挽式逆变电路的缺点，由于该电路具有续流回路，故即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臀的功率品体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或后通”。目前，方波输出的逆变器多采用脉寬調制集成电路，如 SG3525、TL494等。正弦波输出的逆变器的控制电路可采用微处理器，如 Intel 公司的 80C196MC、摩托罗拉公司的 MP16、微芯科技公司的 PIC16C73 等。这些单片机均具有多路 PWM 发生器，可设定上、下桥臂之间的死区时间，自动检测交流输出的电压。逆变器主开关元件的选择至关重要，目前多采用可关断晶闸管、电力晶体管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管等全控型器件。在小容量低压系统中使用较多的器件为 P-MOSFET，在高压大容量系统中多采用 IGBT 模块，而在特大容量(100kW 以上）
