任务2.4 光伏逆变器的功能、分类及原理分析
【任务目标】
（1）了解光伏逆变器的分类。
（2）掌握光伏逆变器的功能。
（3）掌握光伏逆变器的工作原理。
【相关知识】
2.4.1 光伏逆变器的功能
将直流电变换成为交流电的过程称为逆变，而实现逆变过程的装置称为逆变器或逆变设备。太阳能光伏系统中使用的逆变器是一种将太阳能电池所产生的直流电转换为交流电的转换装置。它使转换后的交流电的电压、频率与电力系统交流电的电压、频率相一致，以满足为各种交流用电装置、设备供电及并网发电的需要，图2.39所示是逆变器外形图。
图2.39 逆变器外形图
光伏发电系统对逆变器的具体要求：①合理的电路结构，严格的元器件筛选，具备各种保护功能；②较宽的直流输入电压适应范围；③较少的电能变换中间环节，以节约成本、提高效率；④高的转换效率；⑤高可靠性，无人值守和维护；⑥输出电压、电流满足电能质量要求，谐波含量小，功率因数高；⑦具有一定的过载能力。
2.4.2 逆变电路结构及基本工作原理
1.逆变器的基本结构
逆变器的基本电路结构如图2.40所示，由输入电路、输出电路、主逆变开关电路、主逆变电路、控制电路、辅助电路和保护电路等构成，主电路的作用如下：
（1）输入电路。输入电路的主要作用就是为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流工作电压。
（2）主逆变电路。主逆变电路是逆变电路的核心，它的主要作用是通过半导体开关器件的导通和关断完成逆变的功能。逆变电路分为隔离式和非隔离式两大类。
（3）输出电路。输出电路主要是对主逆变电路输出的交流电的波形、频率、电压、电流的幅值相位等进行修正、补偿、调理，使之能满足使用需求。
（4）控制电路。控制电路主要是为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来控制逆变开关器件的导通与关断，配合主逆变电路完成逆变功能。
（5）辅助电路。辅助电路主要是将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压。辅助电路还包含了多种检测电路。
（6）保护电路。保护电路主要包括输入过压、欠压保护，输出过压、欠压保护，过载保护，过流和短路保护，过热保护等。
图2.40 逆变器的基本电路结构图
2.逆变电路原理
逆变电路原理示意图和对应的波形如图2.41所示。
图2.41 逆变器原理示意图和对应的波形图
（a）逆变电路原理示意图；（b）逆变电路波形图
如图2.41（a）所示为单相桥式逆变电路，4个桥臂由开关构成，输入直流电压后，当开关K1和K3闭合、K2和K4断开时，负载上得到左正右负的电压，输出U。为正；间隔一段时间后，将K1和K3断开、K2和K4闭合时，负载上得到左负右正的电压，即输出Uo为负。若以一定频率交替切换K1，K3和K2，K4，负载上就可以得到如图2.41（b）所示波形，这样就把直流电变换成交流电，改变两组开关的切换频率，就可以改变输出交流电的频率。电阻性负载时，电流和电压的波形相同，电感性负载时，电流和电压的波形不相同，电流滞后电压一定的角度。
2.4.3 逆变器的分类
逆变器的种类很多，可以按照不同的方法分类，具体如下：
（1）按照逆变器输出交流电的相数不同，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。
（2）按照逆变器逆变转换电路工作频率的不同，可分为工频逆变器、中频逆变器和高频逆变器。
（3）按照逆变器输出电压的波形不同，可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器。
（4）按照逆变器线路原理的不同，可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器、脉宽调制型逆变器和谐振型逆变器等。
（5）按照逆变器输出功率大小的不同，可分为小功率逆变器（小于5kW）、中功率逆变器（5～50kW）、大功率逆变器（大于50kW）。
（6）按照逆变器主电路结构的不同，可分为单端式逆变结构、半桥式逆变结构、全桥式逆变结构、推挽式逆变结构、多电平逆变结构、正激逆变结构和反激逆变结构等。其中，小功率逆变器多采用单端式逆变结构、正激逆变结构和反激逆变结构，中功率逆变器多采用半桥式逆变结构、全桥式逆变结构等，高压大功率逆变器多采用推挽式逆变结构和多电平逆变结构。
（7）按照逆变器隔离（转换）方式的不同，可分为带工频隔离变压器方式、带高频隔离变压器方式和不带隔离变压器方式等。
（8）按照逆变器输出能量的去向不同，可分为有源逆变器和无源逆变器。对太阳能光伏发电系统来说，在并网型光伏发电系统中需要有源逆变器，而在离网独立型光伏发电系统中需要无源逆变器。
（9）在太阳能光伏发电系统中还可将逆变器分为离网型逆变器（应用在独立型光伏系统中的逆变器）和并网型逆变器。
（10）在并网型逆变器中，又可根据光伏电池组件或方阵接入方式的不同，分为集中式并网逆变器、组串式并网逆变器、微型（组件式）并网逆变器和双向并网逆变器等。
【任务实施】
（1）记录实验用光伏逆变器的型号及铭牌上的参数，说明参数的含义。
（2）光伏逆变器的测试。把辐射光源灯打开，使光伏组件接受辐射光源灯光发电，此时可以看到蓄电池处于充电状态。按下光伏逆变器起动按钮，使逆变器工作。测量光伏逆变器输入、输出电压。改变接入逆变器输出负载的大小，测量光伏逆变器输出电压、电流的大小，并进行录。