光伏逆变器输出电压？
日期：2024-09-09 12:59:31 / 人气：
为什么光伏逆变器交流输出有500v的电压？这些逆变器的输出电压是因为考虑并网距离远，有压降考虑的吗？
众所周知，光伏逆变器的输入电压范围会影响系统发电量，一般来说，输入电压范围越宽，组件串并联的灵活性就越大，可以实现早开机晚停机，逆变器发电时间厂，因此发电量就多了。那么逆变器输出电压和发电量有没有关系呢？
逆变器输出方式有两种，一种是直接并入低压电网，一种是先接入升压变压器升压再并入中压电网。我国电网单相电压是220V，三相是380V，这是用户端设备的额定电压，考虑到线路压降及变压器带负荷后自身压降，变压器输出的额定电压是三相400V和单相230V，所以逆变器的输出电压，单相机靠近设备侧，所以一般是标220V，也有标230V。三相机一般靠近变压器侧，所以一般标400V。
如上图，所以400KW以下的光伏电站可直接接入280/220低压电网。如果电站容量超过400kW并入中压电网，中大功率电站，一般使用大功率组串式逆变器和大功率集中式逆变器，输出电压有很多种，集中式逆变器常见的有315V、360V、400V等多种，组串式逆变器有480V、500V、540V、800V等多种，逆变器后级接入升压隔离变压器，这个变压器目前没有相应的标准，那么到底哪一个电压等级好呢？
1． 集中式逆变器
大功率逆变器，数出电压有315V、360V、400V等多种，输入MPPT电压范围有480-820V，525-820V，600-820V等。单纯从逆变器本身效率来看，电压越高，电流就越小，400V逆变器的效率也就会高一些。但是从系统发电量上考虑，315V的逆变器电压范围宽，发电时间长，总的发电量也会高一些，400V的逆变器，额定输入电压680V左右。
2． 组串式逆变器
组串式逆变器有二级结构，前级DC/DC-BOOST升压，后级是DC/AC逆变，MPPT的电压范围不受输出电压的影响，在超过400KW的电站中，逆变器后级接升压变压器，因此逆变器的电压等级可以有很多种，目前国内有480V、500V、800V等等，480V和500V用于接入1000V系统，800V接入1500V系统。那么这种几种电压要怎么选择呢？
从机器成本上看，同等功率的逆变器，输出电压越高，电流就越小，成本越低。从这点看似乎电压越高越好，但综合考虑前级升压的效率，以及器件的寿命和组件配置的灵活性，电压480V是比较合适的。
组串式逆变器前级DC/DC-BOOST电路，需要把直流电压升压并稳定到一定值，这个才叫直流母线电压，才可以进行后级逆变器。具体计算和集中式逆变器一样，如480V输出，直流母线要710V左右，但组件串联电压一般没有这么高，需要用电路去调节，逆变器一般采用PWM方式去调整，有一个术语叫占空比，等于组件串联电压/直流母线电压，占空比和效率有很多的关系。占空比越大，电压差越小，效率越高。
太阳能逆变器是整个太阳能发电系统的关键组成部分。它可以直接控制太阳能发电系统的电流、电压和功率输出。此外，太阳能供电系统的运行和关闭，及其最大功率跟踪和限制都由太阳能逆变器控制，几乎大部分的太阳能发电机功能控制，全是由逆变器完成的。接下来，欣顿给各位讲解太阳能逆变器的主要类别及参数。
太阳能逆变器应用范围可分为普通逆变器、逆控一体机、通讯专用逆变器等。此外，逆变器的类别还能够按照输出电流波形来区分，逆变器输出的电流可以是方波、梯形波或正弦波。对一些完整的逆变器，电流输出形状是可以调整的，即一个逆变器可以输出多种不同的电流。此外，逆变器也有很多其它的划分方式。例如，按电流的频率可分为低频逆变器、中频逆变器和高频逆变器，也可按逆变器的电路形式来划分。
太阳能逆变器的主要性能参数有很多，首先考虑的应该是逆变器的应用环境，太阳能控制器包括应用温度和海拔高度等。此外，逆变器的额定输出电压也是购买时主要的性能参考指标。太阳能发电系统的输出电压大多存在电压波动。有些仪器更精确，需要小的电压波动。大部分逆变器的电压波动在3%到5%之间。
首先，需要明确功率因数的概念。功率因数是指交流电路中的有功功率与视在功率之比，其数值在0和1之间。当功率因数接近1时，说明电路的有功功率比较高，也就是说电路中的电能在被消耗时可以得到更高的利用率。而当功率因数较低时，则意味着电路中存在一定的无功功率，这些无功功率并不能被直接利用，会导致电网的损耗和浪费。
在光伏逆变器中，调节其功率因数可以实现对并网点电压的高低变化。具体而言，当逆变器输出的功率因数较低时，说明其输出中存在一定的无功功率，这些无功功率会导致电网电压的升高。反之，当逆变器输出的功率因数较高时，说明其输出中的有功功率比较高，可以有效地消耗电网中的无功功率，从而使电网电压保持稳定。
此外，逆变器的功率因数调节还可以通过响应电网的需求，实现对电网功率的主动调节。例如，在电网容量有限的情况下，逆变器可以通过降低功率因数，减少其对电网的负荷，从而达到对电网功率的调节。
总之，通过调节逆变器的功率因数，可以对并网点电压的高低产生影响，从而保证电网的稳定运行。同时，逆变器的功率因数调节还可以实现对电网功率的主动调节，从而更好地满足电网的需求。
在交流电路中，有功功率和无功功率共同构成了视在功率。有功功率指电路中能够被直接转化为做功的电能，例如用于电动机、灯光、电热器等负载的电能；而无功功率则是指不能直接被转化为做功的电能，例如用于电容器、电感器、变压器等负载的电能，无功功率只是流经这些元件的电流所产生的功率，不会产生实际的能量传输。
在光伏逆变器中，当调节功率因数时，会调节逆变器输出电路中的有功功率和无功功率的比例，进而影响到逆变器对电网的输出功率。具体而言，如果逆变器输出的功率因数较低，说明其中的无功功率比较高，这些无功功率会引起电网的电压上升。因为在电网中，无功功率的存在会导致电流与电压之间的相位差，从而导致电网电压的波动。如果逆变器输出的功率因数较高，说明其中的有功功率比较高，这些有功功率可以消耗电网中的无功功率，从而使电网电压保持稳定。
实际应用中，光伏逆变器通常采用电容器或电感器等被动元件来控制输出的无功功率，以实现功率因数的调节。通过调节逆变器输出的功率因数，可以控制逆变器对电网的有功功率和无功功率的比例，从而实现对电网电压的调节，确保电网的稳定运行。
如果逆变器输出的功率因数较低，说明其中的无功功率比较高，这些无功功率会引起电网的电压上升，这是为什么呢？
这是因为在交流电路中，有功功率和无功功率共同构成了视在功率。在光伏逆变器输出的交流电路中，有功功率和无功功率是同时存在的。而功率因数是有功功率和视在功率的比值，它描述了交流电路中有功功率的占比。当光伏逆变器输出的功率因数较低时，说明其中的无功功率比较高，即视在功率与有功功率之比较大。这意味着逆变器输出的电流与电压之间的相位差较大，导致电网电压的波动。
具体而言，当逆变器输出的无功功率比较高时，会导致交流电路中的电流与电压之间的相位差较大。这个相位差可以被理解为电流落后于电压的情况，即电流的峰值出现在电压的峰值之后。这种相位差会导致电网的电压波形失真，电压峰值变高，电压谷值变低。因此，当逆变器输出的无功功率比较高时，会引起电网的电压上升。
反之，当逆变器输出的功率因数较高时，说明其中的有功功率比较高，即视在功率与有功功率之比较小。这意味着逆变器输出的电流与电压之间的相位差较小，从而减小了电流落后于电压的程度，减小了电网电压的波动。
光伏逆变器是太阳能光伏发电领域的专用逆变器。它是光伏变压器中不可或缺的核心部件。它最大的作用是通过电子变压器转换技术将太阳能电池产生的直流电转换为交流能量，可以直接并入电网和负载。
并网逆变器作为光伏电池和电网的接口装置，将光伏电池的电能转换为交流电能并传输到电网，在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用。为了实现太阳能转换的最佳方式，这必然需要逆变器的多样性，这是由于太阳能电池板安装的多样性，同时，为了使太阳能的转换效率最高，同时考虑到建筑的美观。
目前，串联逆变器已成为国际市场上最受欢迎的逆变器。每个光伏组串联通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，流端并联并网。许多大型光伏发电厂都使用组串逆变器。其优点是不受组串间差异和阴影的影响，同时减少光伏组件最佳点与逆变器的不匹配，从而增加发电量。技术优势不仅降低了系统成本，而且提高了系统的可靠性。
同时，在组串间引入"主-从”这个概念使系统将几组光伏组串联在一起，使其中一个或多个工作在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下产生更多的电能。体积小，多组串逆变器包含不同的单独功率峰值跟踪和直流到直流转换器，通过普通直流到交流逆变器转换为交流电，并连接到电网。
不同的额定值、不同尺寸或不同技术的光伏组件、不同方向的组、不同的倾角或阴影，可以连接到共同的逆变器上，每个组都在其最大功率峰值上工作。与此同时，直流电缆的长度减小，从而最大限度地减少和组串间的差异造成的损失降到最低。
在实际应用中，如果组串逆变器出现故障，数千瓦的电池板将无法工作，而微逆变器故障的影响相当小。微逆变器是将每个光伏组件与逆变器连接起来，每个组件都有单独的最大功率峰值跟踪，使组件与逆变器更好地配合。通常用于50W到400W总效率低于组串逆变器的光伏发电站。这是因为交流处并联，增加了交流侧连接的复杂性，难以维护。
光伏逆变器作为光伏发电系统的心脏和大脑，承担着将光伏阵列产生的直流电转换为安全平稳的工频交流电并输出给电网的重要使命。并且由于光伏组件最大功率点Pmax的存在，光伏电站是否在最大功率点工作将直接影响到电站的整体收益。因此逆变器还需要具备最大功率点追踪（MPPT）的功能，来使光伏组件的发电效率最大化。
- 光伏组件的最大功率点
如图1为一个典型的户用光伏系统。光伏组件吸收太阳光后产生直流电，经由逆变器转换为交流电。在用电高峰供给日常生活用电,在用电低峰时自动调配，将余电并入电网，创造收益。
最终光伏组件的发电量和收益受光照强度、环境温度、运行功率点等因素影响。其中运行功率点作为人为可控影响因素，被大量用于光伏系统逆变器控制中用于提高发电效率。如何使得组件在最大功率点运行，便是逆变器最大功率点追踪的实际任务使命。如下图为光伏组件的I-U特性曲线：
从光伏组件的I-U和P-U特性曲线可以看出光伏组件的输出曲线是非线性的。，当光伏组件在某一个特定的工作点时它的电压Ump与光伏组件输出的电流Imp的乘积即功率P达到最大值，这个工作点就是光伏组件的最大功率点Pmax。
光伏逆变器通过内部电路的变换，使得光伏组件工作在最大功率点的这个过程便是MPPT最大功率点追踪。
光伏逆变器的结构如下：基本电路构成由输入电路、输出电路、主逆变开关电路、控制电路、辅助电路、保护电路，六部分构成。
1) 输入电路：进行DC-DC变换为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流工作电压。MPPT最大功率点追踪便是在此完成。
2) 主逆变电路：是逆变装置的核心，该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。分隔离式和非隔离式。
3) 输出电路：对主逆变电路输出的交流电波形、频率、电压、电流的幅值和相位等进行修正、补偿、调理。
4) 控制电路：为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来控制逆变开关器件的导通与关断，配合主逆变电路完成逆变功能。
5) 辅助电路：将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压。它包含各自检测电路。
6) 保护电路：主要有输入过欠压保护，输出过欠压保护，过流保护，短路保护，漏电流保护，孤岛保护等。
2.MPPT技术原理
当前逆变器的MPPT功能一般由控制电路发出PWM信号对DC/DC变换过程进行调节来实现的，使其工作在最大功率点。其原理框图如下图所示，图中负载为后续电路的等效阻抗。
下图为一个简易的光伏MPPT系统，其包含光伏组串和一个可变负载。
系统中光伏组串与可变负载构成回路，光伏组串作为供电电源。此时系统中光伏组串的输出电压（Vpv）、输出电流（Ipv）分别与可变负载的电压（Vload）、电流（Iload）相等。MPP的条件是Rpv=Rloed，即负载阻抗和内阻匹配，达到最大功率条件。因此通过调节可变负载的阻值Rload可以调节功率点。如下图所示，当Rload达到阻抗匹配条件时，工作点将移动至其最大功率点（MPP），从而使光伏组件的发电效率达到最大化。
但是，在实际的场景中，Rload往往是不受控的，直接调节负载阻值不太现实。为此，我们可以在光伏组串与负载之间添加一个DC-DC变流器，如下图所示，其中d为DC-DC的占空比。
我们设DC-DC的电压转换比为M（d），则可得到DC-DC的输入输出等式：
设DC-DC的转换效率为η，则可得等式：
由前式代入后式可得：
式中Rin与Rout为等效输入电阻与等效输出电阻。
在光伏系统中， Rload=Rout。在MPP点应该满足Rin=Rpv，则得到等式：
由上述等式可知，在输出负载Rload为某一个定值时，我们还可以通过调节占空比d来调节DC-DC变换的转换比M（d），即通过DCDC调节光伏组串的等效负载阻抗（即Rin），从而使组串在最大功率点工作。
需要注意的是，不同的DC-DC有不同的电压转换比M（d），如下表所示：
| Buck | Boots | Buck-Boots | |
|---|---|---|---|
| M（d） | d | 1/(1-d) | -d/(1-d) |
在实际情况下，MPPT控制器一般分为两种控制方法，即电压控制法和直接控制法，如下图所示：
对于电压控制法而言，MPPT控制器内的MPPT算法，如观察扰动法，会生成一个参考电压信号Vref。然后Vref会与当前MPPT控制器所采集的电压信号Vpv进行比较，所得结果传递给PI控制器，继而得到DC-DC占空比d，最后占空比d再与三角波进行比较，从而生成PWM来控制DC-DC。
由于PI控制器的参数需要进行大量的调试工作，以实现在不同光照与温度的条件下稳定运行。因此电压控制法实现起来较为繁琐。相比之下，直接控制法不需要设计PI控制器，而是直接通过MPPT控制器内的算法生成占空比d继而生成PWM。因此，从实现难度与成本上来说，直接控制法有较大优势，因而近几年绝大多数的MPPT算法均是基于此而设计的。
3.电流检测
从本质上来说，不论是电压控制法亦或是直接控制法，MPPT的算法均是通过调节占空比d来实现的。MPPT控制的精度除了受内部算法性能影响之外，还依赖于逆变器检测回路中的传感器对于各输入输出电流电压的采集精度。检测回路中的各类电流电压传感器如下图所示：
在某种程度而言，传感器的上限将直接决定光伏系统的上限。Magtron巨磁智能技术有限公司自主研发SoC芯片方案设计的的电流检测及漏电流检测模块，扎根新能源光伏逆变器、电源、变频器等工业领域，完成从安培级到微安级的隔离电流检测商用市场方案。
公司全系高精度闭环磁通门电流传感器与开环霍尔传感器完成了全新升级。高精度闭环磁通门电流传感器MCSA-25S P、MCSB-100S P、MCSC-200S P等使用定制化芯片搭配高灵敏度磁环，检测精度达到千分之七，检测线性度达到千分之一，可为光伏逆变器MPPT电路设计提供高精度的电流数据采集。
同时，公司全新升级版的开环霍尔电流传感器ME、MG系列搭配漏电流传感器RCMU101SN系列，满足逆变器组串端与交流输出端的电流与漏电流检测，为光伏逆变器设计打造极具性价比的电流检测整体方案。
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