逆變器的分類和主要技術(shù)性能的評價

逆變器的分類

逆變器的種類很多，可按照不同的方法進行分類。

1、按逆變器輸出交流電能的頻率分，可分為工頻逆變器、中頻逆器和高頻逆變器。工頻逆變器的頻率為 50～60Hz的逆變器;中頻逆變器的頻率一般為 400Hz到十幾kHz;高頻逆變器的頻率一般為十幾kHz到MHz。

2、按逆變器輸出的相數(shù)分，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。

3、按照逆變器輸出電能的去向分，可分為有源逆變器和無源逆變器。凡將逆變器輸出的電能向工業(yè)電網(wǎng)輸送的逆變器，稱為有源逆變器;凡將逆變器輸出的電能輸向某種用電負(fù)載的逆變器稱為無源逆變器。

4、按逆變器主電路的形式分，可分為單端式逆變器，推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。

5、按逆變器主開關(guān)器件的類型分，可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器、場效應(yīng)逆變器和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)逆變器等。又可將其歸納為”半控型”逆變器和”全控制”逆變器兩大類。前者，不具備自關(guān)斷能力，元器件在導(dǎo)通后即失去控制作用，故稱之為”半控型”普通晶閘管即屬于這一類;后者，則具有自關(guān)斷能力，即無器件的導(dǎo)通和關(guān)斷均可由控制極加以控制，故稱之為”全控型”，電力場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙權(quán)晶體管(IGBT)等均屬于這一類。

6、按直流電源分，可分為電壓源型逆變器(VSI)和電流源型逆變器(CSI)。前者，直流電壓近于恒定，輸出電壓為交變方波;后者，直流電流近于恒定，輸也電流為交變方波。

7、按逆變器輸出電壓或電流的波形分，可分為正弦波輸出逆變器和非正弦波輸出逆變器。

8、按逆變器控制方式分，可分為調(diào)頻式(PFM)逆變器和調(diào)脈寬式(PWM)逆變器。

9、按逆變器開關(guān)電路工作方式分，可分為諧振式逆變器，定頻硬開關(guān)式逆變器和定頻軟開關(guān)式逆變器。

10、按逆變器換流方式分，可分為負(fù)載換流式逆變器和自換流式逆變器。

逆變器的主要技術(shù)性能及評價選用

一、技術(shù)性能

1、額定輸出電壓

在規(guī)定的輸入直流電壓允許的波動范圍內(nèi)，它表示逆變器應(yīng)能輸出的額定電壓值。對輸出額定電壓值的穩(wěn)定準(zhǔn)確度一般有如下規(guī)定：

(1)在穩(wěn)態(tài)運行時，電壓波動范圍應(yīng)有一個限定，例如其偏差不超過額定值的±3%或±5%。

(2)在負(fù)載突變(額定負(fù)載 0%→50%→100%)或有其他干擾因素影響的動態(tài)情況下，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過額定值的± 8%或±10%。

2、輸出電壓的不平衡度

在正常工作條件下，逆變器輸出的三相電壓不平衡度(逆序分量對正序分量之比)應(yīng)不超過一個規(guī)定值，一般以%表示，如 5%或 8%。

3、輸出電壓的波形失真度

當(dāng)逆變器輸出電壓為正弦度時，應(yīng)規(guī)定允許的最大波形失真度(或諧波含量)。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值不應(yīng)超過 5%(單相輸出允許 10%)。

4、額定輸出頻率 逆變器輸出交流電壓的頻率應(yīng)是一個相對穩(wěn)定的值，通常為工頻 50Hz。正常工作條件下其偏差應(yīng)在±1%以內(nèi)。

5、負(fù)載功率因數(shù)

表征逆變器帶感性負(fù)載或容性負(fù)載的能力。在正弦波條件下，負(fù)載功率因數(shù)為 0.7～0.9(滯后)，額定值為 0.9。

6、額定輸出電流(或額定輸出容量)

表示在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)范圍內(nèi)逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產(chǎn)品給出的是額定輸出容量，其單位以 VA或 KVA 表示。逆變器的額定容量是當(dāng)輸出功率因數(shù)為1(即純阻性負(fù)載)時，額定輸出電壓為額定輸出電流的乘積。

7、額定輸出效率

逆變器的效率是在規(guī)定的工作條件下，其輸出功率對輸入功率之比，以%表示。逆變器在額定輸出容量下的效率為滿負(fù)荷效率，在 10%額定輸出容量的效率為低負(fù)荷效率。

8、保護

(1)過電壓保護：對于沒電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過電壓防護措施，以使負(fù)截免受輸出過電壓的損害。

(2)過電流保護：逆變器的過電流保護，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過允許值時及時動作，使其免受浪涌電流的損傷。

9、起動特性

表征逆變器帶負(fù)載起動的能力和動態(tài)工作時的性能。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動。

10、噪聲

電力電子設(shè)備中的變壓器、濾波電感、電磁開關(guān)及風(fēng)扇等部件均會產(chǎn)生噪聲。逆變器正常運行時，其噪聲應(yīng)不超過 80dB，小型逆變器的噪聲應(yīng)不超過 65dB。

二、評價

為正確選用光伏發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器，應(yīng)對逆變器的技術(shù)性能進行評價。根據(jù)逆變器對離網(wǎng)型主要光伏發(fā)電系統(tǒng)運行特性的影響和光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器性能的要求，評價內(nèi)容

如下幾項：

1、額定輸出容量

表征逆變器向負(fù)載供電的能力。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。但當(dāng)逆變器的負(fù)載不是純阻性時，也就是輸出功率小于1時，逆變器的負(fù)載能力將小于所給出的額定輸出容量值。

2、輸出電壓穩(wěn)定度

表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓能力。 多數(shù)逆變器產(chǎn)品給出的是輸入直流電壓在允許波動范圍內(nèi)該逆變器輸出電壓的偏差%，通常稱為電壓調(diào)整率。高性能的逆變器應(yīng)同時給出當(dāng)負(fù)載由 0%→100%變化時，該逆變器輸出電壓的偏差%，通常稱為負(fù)載調(diào)整率。性能良好的逆變器的電壓調(diào)整率應(yīng)≤±3%，負(fù)載調(diào)整率應(yīng)≤±6%。

3、整機效率

表征逆變器自身功率損耗的大小，通常以%表示。容量較大的逆變器還應(yīng)給出滿負(fù)荷效率值和低負(fù)荷效率值。kW級以下逆變器的效率應(yīng)為 80%～85%，10kW級逆變器的效率應(yīng)為 85%～90%。逆變器效率的高低對光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有效發(fā)電量和降低發(fā)電成本有重要影響。

4、保護功能

過電壓、過電流及短路保護是保證逆變器安全運行的最基本措施。功能完美的正弦波逆變器還具有欠電壓保護、缺相保護及溫度越限報警等功能。

5、起動性能

逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動。高性能的逆變器可做到連續(xù)多次滿負(fù)荷起動而不損壞功率器件。小型逆變器為了自身安全，有時采用軟起動或限流起動。

對于大功率光伏發(fā)電系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的波形失真度和噪聲水平等技術(shù)性能也十分重要。

在選用離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器時，除依據(jù)上述5項基本評價內(nèi)容外，還應(yīng)注意以下幾點：

(1)應(yīng)具有足夠的額定輸出容量和負(fù)載能力。逆變器的選用，首先要考慮具有足夠的額定容量，以滿足最大負(fù)荷下設(shè)備對電功率的要求。對于以單一設(shè)備為負(fù)載的逆變器，其額定容量的選取較為簡單，當(dāng)用電設(shè)備為純阻性負(fù)載或功率因數(shù)大于 0.9 時，選取逆變器的額定容量為電設(shè)備容量的 1.1～1.15 倍即可。在逆變器以多個設(shè)備為負(fù)載時，逆變器容量的選取要考慮幾個用電設(shè)備同時工作的可能性，即”負(fù)載同時系數(shù)”。

(2)應(yīng)具有較高的電壓穩(wěn)定性能。在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中均以蓄電池為儲能設(shè)備。當(dāng)標(biāo)稱電壓為 12V的蓄電池處于浮充電狀態(tài)時，端電壓可達(dá) 13.5V，短時間過充電狀態(tài)可達(dá)15V。蓄電池帶負(fù)荷放電終了時端電壓可降至 10.5V或更低。蓄電池端電壓的起伏可達(dá)標(biāo)稱電壓的 30%左右。這就要求逆變器具有較好的調(diào)壓性能，才能保證光伏發(fā)電系統(tǒng)以穩(wěn)定的交流電壓供電。

(3)在各種負(fù)載下具有高效率或較高效率。整機效率高是光伏發(fā)電用逆變器區(qū)別于通用型逆變器的一個顯著特點。10kW級的通用型逆變器實際效率只有 70%～80%，將其用于光伏發(fā)電系統(tǒng)時將帶來總發(fā)電量 20%～30%的電能損耗。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器在設(shè)計中應(yīng)特別注意減少自身功率損耗，提高整機效率。因此這是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的一項重要措施。在整機效率方面對光伏發(fā)電專用逆變器的要求是：kW級以下逆變器額定負(fù)荷效率≥80%～85%，低負(fù)荷效率≥65%～75%;10kW級逆變器額定負(fù)荷效率≥85%～90%，低負(fù)荷效率≥70%～80%。

(4)應(yīng)具有良好的過電流保護與短路保護功能。光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行過程中，因負(fù)載故障、人員誤操作及外界干擾等原因而引起的供電系統(tǒng)過電流或短路，是完全可能的。

逆變器對外電路的過電電流及短路現(xiàn)象最為敏感，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在選用逆變器時，必須要求具備有良好的對過電流及短路的自我保護功能。

(5)維護方便。高質(zhì)量的逆變器在運行若干年后，因元器件失效而出現(xiàn)故障，應(yīng)屬于正常現(xiàn)象。除生產(chǎn)廠家需有良好的售后服務(wù)系統(tǒng)外，還要求生產(chǎn)廠家在逆變器生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)及元器件選型方面具有良好的可維護性。例如，損壞元器件有充足的備件或容易買到，元器件的互換性好;在工藝結(jié)構(gòu)上，元器件容易拆裝，更換方便。這樣，即使逆變器出現(xiàn)故障，也可迅速恢復(fù)正常。