工程师浅谈逆变器的分类以及主要技术性能的评价（ZT）

只看该作者 · 2013-6-28 13:47

逆变器的分类
逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。
1、按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为 50～60Hz的逆变器;中频逆变器的频率一般为 400Hz到十几kHz;高频逆变器的频率一般为十几kHz到MHz。
2、按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。
3、按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器;凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。
4、按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。
5、按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器等。又可将其归纳为"半控型"逆变器和"全控制"逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为"半控型"普通晶闸管即属于这一类;后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为"全控型"，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管(IGBT)等均属于这一类。
6、按直流电源分，可分为电压源型逆变器(VSI)和电流源型逆变器(CSI)。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波;后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。
7、按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。
8、按逆变器控制方式分，可分为调频式(PFM)逆变器和调脉宽式(PWM)逆变器。
9、按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。
10、按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。

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逆变器的主要技术性能及评价选用
技术性能
1、额定输出电压
在规定的输入直流电压允许的波动范围内，它表示逆变器应能输出的额定电压值。对输出额定电压值的稳定准确度一般有如下规定：
(1)在稳态运行时，电压波动范围应有一个限定，例如其偏差不超过额定值的±3%或±5%。
(2)在负载突变(额定负载 0%→50%→100%)或有其他干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不应超过额定值的± 8%或±10%。
2、输出电压的不平衡度
在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡度(逆序分量对正序分量之比)应不超过一个规定值，一般以%表示，如 5%或 8%。
3、输出电压的波形失真度
当逆变器输出电压为正弦度时，应规定允许的最大波形失真度(或谐波含量)。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值不应超过 5%(单相输出允许 10%)。
4、额定输出频率逆变器输出交流电压的频率应是一个相对稳定的值，通常为工频 50Hz。正常工作条件下其偏差应在±1%以内。
5、负载功率因数
表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。在正弦波条件下，负载功率因数为 0.7～0.9(滞后)，额定值为 0.9。
6、额定输出电流(或额定输出容量)
表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量，其单位以 VA或 KVA 表示。逆变器的额定容量是当输出功率因数为1(即纯阻性负载)时，额定输出电压为额定输出电流的乘积。
7、额定输出效率
逆变器的效率是在规定的工作条件下，其输出功率对输入功率之比，以%表示。逆变器在额定输出容量下的效率为满负荷效率，在 10%额定输出容量的效率为低负荷效率。
8、保护
(1)过电压保护：对于没电压稳定措施的逆变器，应有输出过电压防护措施，以使负截免受输出过电压的损害。
(2)过电流保护：逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。
9、起动特性
表征逆变器带负载起动的能力和动态工作时的性能。逆变器应保证在额定负载下可靠起动。
10、噪声
电力电子设备中的变压器、滤波电感、电磁开关及风扇等部件均会产生噪声。逆变器正常运行时，其噪声应不超过 80dB，小型逆变器的噪声应不超过 65dB。

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评价
为正确选用光伏发电系统用的逆变器，应对逆变器的技术性能进行评价。根据逆变器对离网型主要光伏发电系统运行特性的影响和光伏发电系统对逆变器性能的要求，评价内容如下几项：
1、额定输出容量
表征逆变器向负载供电的能力。额定输出容量值高的逆变器可带更多的用电负载。但当逆变器的负载不是纯阻性时，也就是输出功率小于1时，逆变器的负载能力将小于所给出的额定输出容量值。
2、输出电压稳定度
表征逆变器输出电压的稳压能力。多数逆变器产品给出的是输入直流电压在允许波动范围内该逆变器输出电压的偏差%，通常称为电压调整率。高性能的逆变器应同时给出当负载由 0%→100%变化时，该逆变器输出电压的偏差%，通常称为负载调整率。性能良好的逆变器的电压调整率应≤±3%，负载调整率应≤±6%。
3、整机效率
表征逆变器自身功率损耗的大小，通常以%表示。容量较大的逆变器还应给出满负荷效率值和低负荷效率值。kW级以下逆变器的效率应为 80%～85%，10kW级逆变器的效率应为 85%～90%。逆变器效率的高低对光伏发电系统提高有效发电量和降低发电成本有重要影响。
4、保护功能
过电压、过电流及短路保护是保证逆变器安全运行的最基本措施。功能完美的正弦波逆变器还具有欠电压保护、缺相保护及温度越限报警等功能。
5、起动性能
逆变器应保证在额定负载下可靠起动。高性能的逆变器可做到连续多次满负荷起动而不损坏功率器件。小型逆变器为了自身安全，有时采用软起动或限流起动。
对于大功率光伏发电系统和联网型光伏发电系统逆变器的波形失真度和噪声水平等技术性能也十分重要。

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在选用离网型光伏发电系统用的逆变器时，除依据上述5项基本评价内容外，还应注意以下几点：
(1)应具有足够的额定输出容量和负载能力。逆变器的选用，首先要考虑具有足够的额定容量，以满足最大负荷下设备对电功率的要求。对于以单一设备为负载的逆变器，其额定容量的选取较为简单，当用电设备为纯阻性负载或功率因数大于 0.9 时，选取逆变器的额定容量为电设备容量的 1.1～1.15 倍即可。在逆变器以多个设备为负载时，逆变器容量的选取要考虑几个用电设备同时工作的可能性，即"负载同时系数"。
(2)应具有较高的电压稳定性能。在离网型光伏发电系统中均以蓄电池为储能设备。当标称电压为 12V的蓄电池处于浮充电状态时，端电压可达 13.5V，短时间过充电状态可达15V。蓄电池带负荷放电终了时端电压可降至 10.5V或更低。蓄电池端电压的起伏可达标称电压的 30%左右。这就要求逆变器具有较好的调压性能，才能保证光伏发电系统以稳定的交流电压供电。
(3)在各种负载下具有高效率或较高效率。整机效率高是光伏发电用逆变器区别于通用型逆变器的一个显著特点。10kW级的通用型逆变器实际效率只有 70%～80%，将其用于光伏发电系统时将带来总发电量 20%～30%的电能损耗。因此光伏发电系统专用逆变器在设计中应特别注意减少自身功率损耗，提高整机效率。因此这是提高光伏发电系统技术经济指标的一项重要措施。在整机效率方面对光伏发电专用逆变器的要求是：kW级以下逆变器额定负荷效率≥80%～85%，低负荷效率≥65%～75%;10kW级逆变器额定负荷效率≥85%～90%，低负荷效率≥70%～80%。
(4)应具有良好的过电流保护与短路保护功能。光伏发电系统正常运行过程中，因负载故障、人员误操作及外界干扰等原因而引起的供电系统过电流或短路，是完全可能的。
逆变器对外电路的过电电流及短路现象最为敏感，是光伏发电系统中的薄弱环节。因此，在选用逆变器时，必须要求具备有良好的对过电流及短路的自我保护功能。
(5)维护方便。高质量的逆变器在运行若干年后，因元器件失效而出现故障，应属于正常现象。除生产厂家需有良好的售后服务系统外，还要求生产厂家在逆变器生产工艺、结构及元器件选型方面具有良好的可维护性。例如，损坏元器件有充足的备件或容易买到，元器件的互换性好;在工艺结构上，元器件容易拆装，更换方便。这样，即使逆变器出现故障，也可迅速恢复正常。