逆变器属于静态转换器的大类，这类设备能够“转换”输入的电气参数，如电压和频率，从而生成与负载要求相兼容的输出。

　　通常来说，逆变器是将直流电转换为交流电的设备，在工业自动化应用和电动驱动中相当常见。不同类型逆变器的架构和设计会根据具体应用而有所不同，尽管它们的核心目的(直流到交流的转换)是相同的。本文介绍了用于光伏应用的逆变器的架构和类型。

　　独立逆变器与并网逆变器

　　用于光伏应用的逆变器通常分为两大类：

　　· 独立逆变器

　　· 并网逆变器

　　独立逆变器用于光伏电站未连接至主要能源配电网络的应用。逆变器能够向连接的负载提供电能，确保主要电气参数(电压和频率)的稳定，使其保持在预定义的限度内，能够承受临时过载。在这种情况下，逆变器通常与电池存储系统结合，以确保稳定的能源供应。

　　而并网逆变器则能够与其连接的电网同步，因为此时电压和频率由主电网“强制”规定。这些逆变器必须能够在主电网故障时切断连接，以避免可能的反向供电，这可能导致严重的危险。

　　如今，独立逆变器与并网逆变器之间的区别不再那么明显，因为许多太阳能逆变器设计为可以在独立或并网条件下工作。实际上，一些配电系统运营商(DSO)允许甚至要求特定发电机在电网故障时保持活跃，以向特定区域或负载供电。这种情况被称为“孤岛运行模式”，实际上符合独立应用的条件。

　　PV逆变器架构

　　现在让我们关注光伏逆变器的特定架构。制造商在设计时做出的不同选择会导致不同型号逆变器之间存在巨大差异。了解这一点后，我们将介绍所有PV逆变器的主要特征和常见组件。

　　图2展示了一个三相太阳能逆变器的非常简单的架构。

　　逆变器的输入部分由直流侧表示，光伏电站的串联连接到此。输入通道的数量取决于逆变器的型号和功率，尽管这一选择在电站设计中很重要，但它不会影响逆变器的运行。因此，假设目前所有串联在逆变器前通过一个预并联箱连接，逆变器就仅有两个输入：正极和负极。

　　最大功率点追踪(MPPT)转换器

　　在输入侧之后，逆变器的第一个重要区域是最大功率点追踪(MPPT)转换器。MPPT转换器是DC/DC转换器，其特定目的是最大化光伏发电机产生的功率。需要注意的是，这种特定设备在输入端将电气参数的特性转换为所需的(通常是提高或降低输入电压)，并始终保持在直流模式。实际上，光伏模块的功率在很大程度上取决于现场的气候条件(主要是辐照度和温度)。

　　每个光伏模块(或串联)都可以用I-V曲线(见图3)来描述，从中可以确定最大功率条件(Imp, Vmp)。作为标准规则，这条曲线在每个光伏模块的数据表中均可找到，并根据标准测试条件(STC)：(1000 W/m²，25 °C，IAM 1.5)计算。要更好地理解IAM，请阅读《辐射与能量分布在太阳能光伏中的作用》。

　　一旦温度和辐照度偏离STC，电压和电流就会发生变化，导致I-V曲线与STC不同。图4和图5展示了I-V曲线如何随温度和辐照度变化。显然，最大功率点也会发生变化，因此MPPT算法始终寻找这一点以最大化功率输出。

　　扰动与观察方法

　　实现MPPT算法持续寻找最大功率点的最常用方法是“扰动与观察”方法。基本上，算法以预定义的频率扰动工作条件，通过改变电压来检查新的工作点是否对应于更高的功率。如果是，它将继续以相同方式改变电压。如果是增加，它会继续尝试增加。否则，它会返回到之前的工作点。这是一个持续的、非常快速的跟踪过程，每次电压变化都很小(小于1V)。

　　逆变器转换桥

　　接下来，我们找到逆变器的“核心”，即转换桥。转换桥有许多类型，因此我不会涵盖不同的桥解决方案，而是关注桥的通用工作原理。

　　在图2中，表示了一个三相逆变器。从每个“臂”上有两个开关设备，通常是mosfet或IGBT——如今，3 IGBT是太阳能逆变器最受欢迎的解决方案。控制逻辑以特定方式控制IGBT的开关行为，以实现直流到交流的转换。产生正弦波形的最常见开关策略是脉冲宽度调制(PWM)。

　　逆变器滤波器

　　逆变器的最后一个部分是滤波器部分，旨在补偿之前所有部分产生的谐波内容，并清理输出波形。IGBT的开关是谐波的主要来源，它引入的波形频率高于基波。

　　如何为光伏电站选择合适的太阳能逆变器

　　为了将太阳能逆变器与光伏电站连接，检查一些参数是否匹配是非常重要的。

　　一旦光伏串联设计完成，就可以根据IEC标准计算直流侧的最大开路电压(Voc,MAX)。因此，第一项重要检查是验证逆变器能够承受的最大开路电压是否高于光伏电场产生的电压：

　　VOC,MAXPV < VOC,MAXINV

　　第二项重要检查是短路电流匹配。确保光伏电场的最大短路电流低于逆变器允许的最大电流非常重要，这条规则适用于每个逆变器输入。

　　ISC,MAXPV < IDC,MAXINV

　　最后两项重要检查与MPPT算法相关。该算法在预定义的电压范围内工作。为了最大化产量，检查在MPP条件下最大和最小PV电压是否保持在MPPT电压范围内非常重要。如果没有，逆变器仍会工作，但电站无法最大化其生产。

　　VMPP,MAXPV ≤ VMPPT,MAXINV

　　VMPP,MINPV ≤ VMPPT,MININV

　　检查逆变器效率

　　最后，检查逆变器的整体效率也很重要。如今，市场上逆变器的效率非常高，一些制造商的声明值接近99%，而更常见的值在97%到98%之间。然而，将效率定义为单一的峰值并不完全正确。真实的效率依赖于负载和温度。因此，常见于逆变器数据表中的三种特性包括：

　　峰值效率

　　欧盟效率

　　CEC效率(加州能源委员会)

　　峰值效率对应于逆变器最大功率下的效率，通常是数据表中的标称值。欧盟和CEC效率则考虑了逆变器在特定现场条件下的不同负载条件——欧盟效率考虑的是欧洲大陆气候，而CEC效率则考虑美国西南地区的气候。因此，这两种方法基本上都根据逆变器在特定负载条件下的工作时间来加权效率。

　　有许多优秀的资源可供进一步了解欧盟和CEC效率的计算公式。这些标准方法计算出的整体逆变器效率提供了比所声明的峰值效率更为现实的值。

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