逆變器屬于靜態轉換器的大類，這類設備能夠“轉換”輸入的電氣參數，如電壓和頻率，從而生成與負載要求相兼容的輸出。

　　通常來說，逆變器是將直流電轉換為交流電的設備，在工業自動化應用和電動驅動中相當常見。不同類型逆變器的架構和設計會根據具體應用而有所不同，盡管它們的核心目的(直流到交流的轉換)是相同的。本文介紹了用于光伏應用的逆變器的架構和類型。

　　獨立逆變器與并網逆變器

　　用于光伏應用的逆變器通常分為兩大類：

　　· 獨立逆變器

　　· 并網逆變器

　　獨立逆變器用于光伏電站未連接至主要能源配電網絡的應用。逆變器能夠向連接的負載提供電能，確保主要電氣參數(電壓和頻率)的穩定，使其保持在預定義的限度內，能夠承受臨時過載。在這種情況下，逆變器通常與電池存儲系統結合，以確保穩定的能源供應。

　　而并網逆變器則能夠與其連接的電網同步，因為此時電壓和頻率由主電網“強制”規定。這些逆變器必須能夠在主電網故障時切斷連接，以避免可能的反向供電，這可能導致嚴重的危險。

　　如今，獨立逆變器與并網逆變器之間的區別不再那么明顯，因為許多太陽能逆變器設計為可以在獨立或并網條件下工作。實際上，一些配電系統運營商(DSO)允許甚至要求特定發電機在電網故障時保持活躍，以向特定區域或負載供電。這種情況被稱為“孤島運行模式”，實際上符合獨立應用的條件。

　　PV逆變器架構

　　現在讓我們關注光伏逆變器的特定架構。制造商在設計時做出的不同選擇會導致不同型號逆變器之間存在巨大差異。了解這一點后，我們將介紹所有PV逆變器的主要特征和常見組件。

　　圖2展示了一個三相太陽能逆變器的非常簡單的架構。

　　逆變器的輸入部分由直流側表示，光伏電站的串聯連接到此。輸入通道的數量取決于逆變器的型號和功率，盡管這一選擇在電站設計中很重要，但它不會影響逆變器的運行。因此，假設目前所有串聯在逆變器前通過一個預并聯箱連接，逆變器就僅有兩個輸入：正極和負極。

　　最大功率點追蹤(MPPT)轉換器

　　在輸入側之后，逆變器的第一個重要區域是最大功率點追蹤(MPPT)轉換器。MPPT轉換器是DC/DC轉換器，其特定目的是最大化光伏發電機產生的功率。需要注意的是，這種特定設備在輸入端將電氣參數的特性轉換為所需的(通常是提高或降低輸入電壓)，并始終保持在直流模式。實際上，光伏模塊的功率在很大程度上取決于現場的氣候條件(主要是輻照度和溫度)。

　　每個光伏模塊(或串聯)都可以用I-V曲線(見圖3)來描述，從中可以確定最大功率條件(Imp, Vmp)。作為標準規則，這條曲線在每個光伏模塊的數據表中均可找到，并根據標準測試條件(STC)：(1000 W/m2，25 °C，IAM 1.5)計算。要更好地理解IAM，請閱讀《輻射與能量分布在太陽能光伏中的作用》。

　　一旦溫度和輻照度偏離STC，電壓和電流就會發生變化，導致I-V曲線與STC不同。圖4和圖5展示了I-V曲線如何隨溫度和輻照度變化。顯然，最大功率點也會發生變化，因此MPPT算法始終尋找這一點以最大化功率輸出。

　　擾動與觀察方法

　　實現MPPT算法持續尋找最大功率點的最常用方法是“擾動與觀察”方法。基本上，算法以預定義的頻率擾動工作條件，通過改變電壓來檢查新的工作點是否對應于更高的功率。如果是，它將繼續以相同方式改變電壓。如果是增加，它會繼續嘗試增加。否則，它會返回到之前的工作點。這是一個持續的、非常快速的跟蹤過程，每次電壓變化都很小(小于1V)。

　　逆變器轉換橋

　　接下來，我們找到逆變器的“核心”，即轉換橋。轉換橋有許多類型，因此我不會涵蓋不同的橋解決方案，而是關注橋的通用工作原理。

　　在圖2中，表示了一個三相逆變器。從每個“臂”上有兩個開關設備，通常是mosfet或IGBT——如今，3 IGBT是太陽能逆變器最受歡迎的解決方案。控制邏輯以特定方式控制IGBT的開關行為，以實現直流到交流的轉換。產生正弦波形的最常見開關策略是脈沖寬度調制(PWM)。

　　逆變器濾波器

　　逆變器的最后一個部分是濾波器部分，旨在補償之前所有部分產生的諧波內容，并清理輸出波形。IGBT的開關是諧波的主要來源，它引入的波形頻率高于基波。

　　如何為光伏電站選擇合適的太陽能逆變器

　　為了將太陽能逆變器與光伏電站連接，檢查一些參數是否匹配是非常重要的。

　　一旦光伏串聯設計完成，就可以根據IEC標準計算直流側的最大開路電壓(Voc,MAX)。因此，第一項重要檢查是驗證逆變器能夠承受的最大開路電壓是否高于光伏電場產生的電壓：

　　VOC,MAXPV < VOC,MAXINV

　　第二項重要檢查是短路電流匹配。確保光伏電場的最大短路電流低于逆變器允許的最大電流非常重要，這條規則適用于每個逆變器輸入。

　　ISC,MAXPV < IDC,MAXINV

　　最后兩項重要檢查與MPPT算法相關。該算法在預定義的電壓范圍內工作。為了最大化產量，檢查在MPP條件下最大和最小PV電壓是否保持在MPPT電壓范圍內非常重要。如果沒有，逆變器仍會工作，但電站無法最大化其生產。

　　VMPP,MAXPV ≤ VMPPT,MAXINV

　　VMPP,MINPV ≤ VMPPT,MININV

　　檢查逆變器效率

　　最后，檢查逆變器的整體效率也很重要。如今，市場上逆變器的效率非常高，一些制造商的聲明值接近99%，而更常見的值在97%到98%之間。然而，將效率定義為單一的峰值并不完全正確。真實的效率依賴于負載和溫度。因此，常見于逆變器數據表中的三種特性包括：

　　峰值效率

　　歐盟效率

　　CEC效率(加州能源委員會)

　　峰值效率對應于逆變器最大功率下的效率，通常是數據表中的標稱值。歐盟和CEC效率則考慮了逆變器在特定現場條件下的不同負載條件——歐盟效率考慮的是歐洲大陸氣候，而CEC效率則考慮美國西南地區的氣候。因此，這兩種方法基本上都根據逆變器在特定負載條件下的工作時間來加權效率。

　　有許多優秀的資源可供進一步了解歐盟和CEC效率的計算公式。這些標準方法計算出的整體逆變器效率提供了比所聲明的峰值效率更為現實的值。

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