太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新能源,为电池制造、电源转换等相关企业的蓬勃发展提供了广阔的新舞台。由于光伏发电系统产生的电流为直流电,但民用电力以交流供电为主,这就意味着太阳能发电必须通过逆变器将直流电转换为交流电,因此,逆变器在太阳能发电系统中具有举足轻重的作用。
逆变器也称逆变电源,是将直流电能转变成交流电能的变流装置,是太阳能、风力发电中一个重要部件。随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展,逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式逆变技术,发展到20世纪60,70年代的晶闸管逆变技术,而21世纪的逆变技术多数采用了MOSFET,IGBT,GTO,IGCT,MCT等多种先进且易于控制的功率器件,控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器(DSP)控制。各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。其应用领域也达到了前所未有的广阔,从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站;从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备;从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备,都少不了逆变电源。无须怀疑,随着计算机技术和各种新型功率器件的发展,逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。
逆变器(inverter)能够把直流电能转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦或方波)。通俗地讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置,它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成,图10.1所示为逆变器的产品图。
逆变器的种类繁多,主要可按照以下进行分类[1]:
(1)按应用范围可分为:普通型逆变器、逆变/充电一体机、邮电通信专用逆变器、航空、军队专用逆变器等。
(2)按输出波形可分为:方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器等。
(3)按直流侧储能元件的性质可分为:电压型逆变器、电流型逆变器。
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图10.1 逆变器的产品图
(4)按逆变器功率电路的结构形式不同可分为:半桥式逆变器、全桥式逆变器、推挽式逆变器等。
(5)按逆变器输出的频率的不同可分为:工频逆变器、中频逆变器、高频逆变器。
(6)按逆变器的输入、输出是否隔离可分为:隔离型逆变器、非隔离型逆变器。
(7)按逆变器输出的电平的不同可分为:两电平逆变器、多电平逆变器。
在交流光伏发电系统中,逆变器是不可或缺的一个部分,目前由于种种技术或是政策原因,把所有独立光伏交流发电系统并网到国家统一电网中还需要一段不短的时间,由此市场把光伏逆变器区分出光伏离网型逆变器和光伏并网型逆变器两类[2]。此外交流光伏发电系统还包括控制器、支架、电线电缆、开关等,因此本章将重点介绍逆变器、控制器等配套部件及其主要材料。
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