德润介绍并网光伏逆变器的基本设计解析

　　并网光伏逆变器的基本设计

　　无论采用何种技术，逆变器的基本设计都很明确，且非常相似。其核心就是将电压（光伏组件）转换成交流电压（可并网）的过程。在转变的过程中，不停地转换电的正负极连接，从而形成方向变化的交流电。所以，逆变器的关键部件是桥接，这个桥的一侧连接输入的湖州变压器，在另一侧连接交流电网。在工作过程中，只有两个相对的可以同时关闭。

　　如果将此桥的速度设置成与电网频率相同，则在理论上可以将桥的输出侧与电网连接。但是，由于这样输出的电流是方波，且强度没有变化，因此需要在输出端安装一个具有铁芯的电感器，用以将输出电流控制成为正弦波形状。桥的断开采用脉冲过程进行，从而形成与脉冲相关的较小电流分量。这样的电流分量可以对电感器的电流进行控制。脉冲的频率一般为20KHz ， 这样就完全可以形成50Hz。

　　对于光伏逆变器来说，还有一个非常重要的设备不能遗漏：输入端的电容器 。电容器的作用是储存电能，确保来自发电侧的电流持续一致供给桥接，并通过与电网频率同步变化的桥进入电网。只有在输入电容器的容量足够大的情况下，才能够保证光伏发电系统的持续、正常运行。

　　可用于直接并网的逆变器的基本功能。但在实际应用中，输入电压的范围具有一定的局限性。对于并网发电应用，其输入电压必须在任何时刻都高于电网的峰值电压。当电网电压的有效值为250V时，达到正常并网要求的发湖州变压器侧的最低电压应为354V。

　　与标准逆变器的基本设计不同，直接并网逆变器有很多方法来调整或提升输入电压范围。常用的逆变器技术方案与结构都各不相同：

　　上面提到的逆变器拓朴结构不仅在电气隔离方面不同，在可达到的效率、对电压的依赖性等方面也各不相同。因此，没有统一的公式来界定何种逆变器设计是最优秀的设计，用户必须要考虑到具体使用的逆变器特性。

　　无隔离湖州变压器光伏逆变器的技术关键

　　目前，只要光伏发电站设计合理，完全可以经济运行。直接并入电网的无湖州变压器型逆变器因为其低成本、高效率而日益受到重视。但是，该技术变压器厂家仍然被认为是“有问题的”。这一点将在下面进行检验和说明。

　　湖州变压器将电能转化成磁能，再将磁能转化成电能。在输入与输出端之间安装的电气隔离装置导致的能量损失可达到1%，甚至高达2%。因此，无湖州变压器型逆变器的运行效率要比湖州变压器型逆变器高。这种技术还有很多其它的优点，例如材料消耗少、重量轻等。

　　总而言之，无湖州变压器型逆变器相对体积较小、重量较轻、价格也比较便宜，在很多方面都比湖州变压器型逆变器更具优势。虽然光伏发电站的运行和安全性都不需要采用电气隔离措施，在设计直接并网的逆变器时还是应该考虑到以下几个方面。

　　正常运行状态下的漏电电流

　　将来自光伏组件的电压采用率（20kHz）转换过程中，电压应等同于电网电压峰值；这些电压在逆变器内部被认为是干扰，滤波器可以阻断这些干扰，防止其进入电网。但在理论上，阻止来自发电湖州变压器侧的分量进入交流电网是不可能绝对实现的。

　　这样，根据所采用逆变器结构的不同，在交流输出中也将存在不同的对地电压分量。如果太阳能电池组和/或者其接线端对地存在交流电压，将产生“漏电电流”，通过寄生电容流向电池组接地点。

　　下面我们以Sunny Boy 2100TL和Sunny Boy 5000TL HC两种逆变器为例。如上图所示。这两种逆变器的运行会在其电子部分产生与时间相关的电势，它们的光伏组件对地电压也不相同。Sunny Boy 2100TL采用H型桥结构，加在光伏组件上的电压为电网电压有效值的一半。

　　多组串逆变器SB5000TL HC则采用电容半桥结构。桥的中线直接连接在电网的中线上。这样的结果就是产生的对地电压只是50Hz的低电压值，其分量只是电网电压很小的一部分，只相当于湖州变压器拓扑结构中的电压纹波量。

　　除了电网电压提升方面的考虑，漏电电流的大小还取决于光伏组件寄生电容的大小，该电容值大小与电池面积及组件与边框之间的距离相关。因此，关于漏电电流情况，应该在设计系统时就仔细考虑逆变器的结构和光伏组件尺寸。面积越大、电池与光伏组件边框之间的距离越小，产生的漏电电流就越大。无边框结构光伏组件的漏电电流值很低。然而，安装在不锈钢箔上的非晶电池会产生很大的漏电电流。

　　外部条件也会对漏电电流产生影响，因此不可避免会产生一定的波动。如果沉淀物或者清洁液弄湿了光伏组件，漏电电流就会增加；这些液体中的电子物质成分缩短电池与电池间的距离，造成漏电电流升高。

　　总之，光伏组件在运行时的漏电电流（正常情况下）取决于很多运行条件，没有定值来衡量。以H型桥逆变器（如Sunny Boy 2100TL）为例，在运行过程中光伏组件的漏电电流值在1-30mA/KWp范围内。

　　光伏组件中的故障电流

　　在并网应用的光伏电站中，只能使用电池片与边框有可靠绝缘的光伏组件。组件要具有双倍或超强的绝缘措施，并且要充分考虑光伏组件的系统耐压性，以保证即使在光伏系统运行状态下也可以触摸组件表面，不会造成危险。目前，所有的光伏组件可以达到Ⅱ级防护，在选择时并没有太严格的限制。

　　如上所述， 对于无湖州变压器型逆变器，在运行时光伏组件上的电压可以是叠加了交流电网的同步电压值。当触摸组件表面时，可能会产生对地的故障电流。如果组件的绝缘足够好，一般来说很难有这样的电流产生。但是，故障电流放电的强度会随一些条件的变化而增加，如光伏电池距离缩短（这种情况下透明玻璃或塑料板厚度减少）、接触面积增加等。比如：由于清洁光伏组件的液体中含有导电物质，会造成导电面积扩大，从而导致意外的故障电流。在这种情况下虽然无法对危险电流预先检测，但如果发生意外会造成一定的危险。为了避免由此（类似突然从梯子上掉下来等）产生的安全隐患，也为了避免危险，在建设光伏并网发电系统时，用户应该遵循以下步骤：

　　1）将光伏组件的边框以及其他导电气部分与接地线连接

　　2）在对系统进行维护或对光伏组件进行清理时，断开逆变器与电网的连接

　　有了这些保护措施，人员安全就能够得到完全的保障。设计精密的无湖州变压器型逆变器还有额外的保护，即使超过电气隔离型逆变器要求的安全标准，也勿需担心安全问题。

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