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逆變器的分類和主要技術性能評價
摘要: 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
Abstract:
Key words :

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,、按逆變器主開關器件的類型分,,可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器,、場效應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,,不具備自關斷能力,,元器件在導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,,則具有自關斷能力,即無器件的導通和關斷均可由控制極加以控制,,故稱之為"全控型",,電力場效應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、按逆變器開關電路工作方式分,,可分為諧振式逆變器,,定頻硬開關式逆變器和定頻軟開關式逆變器。  

  10,、按逆變器換流方式分,,可分為負載換流式逆變器和自換流式逆變器。 

 

  逆變器的主要技術性能及評價選用  

  一,、技術性能  

  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),它表示逆變器應能輸出的額定電壓值,。對輸出額定電壓值的穩(wěn)定準確度一般有如下規(guī)定:  

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

  (2)在負載突變(額定負載 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  

  當逆變器輸出電壓為正弦度時,應規(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在±1%以內(nèi)。 

  5,、負載功率因數(shù)  

  表征逆變器帶感性負載或容性負載的能力,。在正弦波條件下,負載功率因數(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輸出功率因數(shù)為1(即純阻性負載)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荷效率,,在 10%額定輸出容量的效率為低負荷效率,。  

  8,、保護  

 ?。?)過電壓保護:對于沒電壓穩(wěn)定措施的逆變器,應有輸出過電壓防護措施,,以使負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,,應能保證在負載發(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  

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

  10,、噪聲  

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

  二,、評價  

  為正確選用光伏發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器,,應對逆變器的技術性能進行評價。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載,。但當逆變器的負載不是純阻性時,,也就是輸出功率小于1時,逆變器的負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,。高性能的逆變器應同時給出當負載由 0%→100%變化時,該逆變器輸出電壓的偏差%,,通常稱為負載調(diào)整率,。性能良好的逆變器的電壓調(diào)整率應≤±3%,負載調(diào)整率應≤±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給出滿負荷效率值和低負荷效率值,。kW級以下逆變器的效率應為 80%~85%,10kW級逆變器的效率應為 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  

  逆變器應保證在額定負載下可靠起動。高性能的逆變器可做到連續(xù)多次滿負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,,還應注意以下幾點:  

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

  (2)應具有較高的電壓穩(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備,。當標稱電壓為 12V的蓄電池處于浮充電狀態(tài)時,端電壓可達 13.5V,,短時間過充電狀態(tài)  可達15V,。蓄電池帶負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標稱電壓的 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。  

 ?。?)在各種負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)專用逆變器在設計中應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)技術經(jīng)濟指標的一項重要措施。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荷效率≥80%~85%,,低負荷效率≥65%~75%,;10kW級逆變器額定負荷效率≥85%~90%,低負荷效率≥70%~80%,。  

 ?。?)應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,應屬于正?,F(xiàn)象,。除生產(chǎn)廠家需有良好的售后服務系統(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,,也可迅速恢復正常,。

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