太阳能光伏发电并网原理

太阳能光伏发电并网原理

　太阳能光伏发电并网原理，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。下面看看太阳能光伏发电并网原理。

　光伏发电并网原理:依靠太阳能电池组件,利用半导体材料的电子学特性,当太阳光照射在半导体PN结上,产生了较强的内建静电场,在内建静电场的作用下,将光能转化成电能。

　其工作原理是：太阳电池组件产生的直流电经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后，直接进入公共电网，光伏电池方阵所产生的电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者电能不能满足负载需求时，就由电网供电。

　由于太阳能发电直接供入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是，系统需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网对电压、频率等指标的要求。因为逆变器效率的问题，会有部分能量损失。

　 光伏发电的基本原理

　独立光伏发电系统由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器组件、控制器和负载（直流负载和交流负载）组成。因为太阳能电池产生的电能为直流，但是由于光照强度实时变化，太阳能电池输出的电压也不稳定，这时也需要蓄电池来起到一个滤波的作用，将太阳能电池产生的电压稳定在蓄电池的电压值上，

　在另外一种意义上，用蓄电池也有储能的作用，可以将过剩的电能储存起来供在光照强度较低的时候使用。如果是直流负载就可以直接接在蓄电池上工作，如果是交流负载，那么需要经过逆变器的DC-AC 变换，将直流电变成交流电，供给交流负载。

　 并网光伏发电的基本原理

　独立光伏发电系统由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器组件、控制器和负载组成。因为需要将光伏发出来的电回馈给电网，这就需要将直流电转换为电网要求的220V、50HZ 的交流电，并且在相同相位的情况下并网，像电网供电。

　无论是独立光伏发电系统还是并网光伏发电系统，逆变系统对于交流负载和并网发电都是必不可少的，接下来我们主要就光伏分布发电中的逆变系统的相关设计进行研究。

　 光伏发电逆变系统的组成

　光伏发电系统主要由太阳能电池、主回路、控制电路和负载组成。主回路主要包括DC/DC 电路、DC/AC 电路、滤波器组件。下面主要对于主回路部分的设计做介绍，其中包括主回路的拓扑结构进行分析，介绍一下全桥逆变电路的工作原理以及逆变器模块的选型，以及相关保护的设计。

　 光伏发电逆变系统的拓扑结构

　通常单相电压型逆变器主要分为推挽式、半桥和全桥逆变电路三种。这三种方式根据其不同的特点应用于不同的场合。

　推挽式逆变电路的电路结构比较简单，如图3-1 所示。其上电路只需要两个晶闸管，基极驱动电路不需要隔离，驱动电路比较简单，但是晶闸管需要承受2 倍的线路峰值电压，所以适合于低输入电压的场合应用。

　同时变压器存在偏磁现象，初级绕组有中心抽头，流过的电流有效值和铜耗较大，初级绕阻两部分应紧密藕合，绕制工艺复杂。因为推挽式逆变电路对于晶闸管的耐压要求比较高，不适合作为光伏发电的逆变系统主回路。

　相比于推挽式逆变电路，单相半桥式逆变电路中所使用的晶闸管的耐压要求就相对较低，不会有线电压峰值2 倍这么多，绝对不会超过线电压峰值。其逆变出来的波形也相对推挽式比较接近于正弦波，所以滤波的要求也相对较低。由于晶闸管的饱和压降减小到了最小，所以不是最重要的影响因素之一。

　但是由于半桥式逆变电路的结构决定其集电极电流在晶闸管导通时会增加一倍，使得在晶闸管选型的过程中，要考虑大电流、承受高压的情况，就难免会因为其价格昂贵，所以不适合作为光伏发电的逆变系统主回路。

　太阳能发电主要分为两种，一种是并网型发电，一种是独立光伏系统。二者的区别主要在于一个需要并网，可以不适用蓄电池，一个是自给自足，需要蓄电池，其他基本一致。

　基本组成如下： 光伏阵列将太阳能转变成直流电能，经逆变器的直流和交流逆变后，根据光伏电站接入电网技术规定光伏电站容量确定光伏电站接入电网的电压等级，由变压器升压后，接入中压或高压电网。

　原理如下： 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

　目前市面上太阳能光伏发电站的“并网模式”通常有三种：自发自用余电上网模式、全额上网模式、全部自用模式。

　首先，在这三种并网模式中选择其中一种，那么就需要根据自身的实际情况来进行选择了：比如说像普通家庭住户，大多数的人都选择自发自用余电上网的模式，这也是现在分布式光伏发电站中所用比例占最高的一种选择方式。

　这种模式的好处，是光伏电站发出来的电优先给自己家里面供电使用，然后用不掉多余的电直接自动并入到电网里面，这样的话就避免了浪费，还能赚钱。这种模式是比较适合普通家庭用户选择的，也是非常经济实惠，因为不用额外花钱买电池来储存电量。

　除了家庭用电以外，比如说工业用电、厂房屋顶、工商业楼房屋顶这些地方就是商业用电，也是比较适合自发自用余电上网模式的。

　为什么这么说呢？因为商业用电的费用比民用电费更高，如果工商业以及厂房屋顶安装光伏电站的话，那么经济效益会大大地增高，回本时间也会更短，这种选择方式是非常有利的，用不掉的电直接并网到电网上面。

全桥逆变电路与半桥逆变电路相比较，各有什么优缺点？为什么一般都用全桥的呢？

四、学习逆变（DC-AC）电路和LLC的基本工作原理。

全桥逆变电路包括单相全桥逆变电路和三相全桥逆变电路，逆变的主要功能是把直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。

单相半桥逆变电路基本工作原理

第一阶段，VT1基极脉冲信号Ub1为高电平，VT2的Ub2为低电平，VT1导通、VT2关断，A点电压为Ud，由于B点电压为Ud/2，故R、L两端的电压Uo为Ud/2，VT1导通后有电流流过R、L，电流途径是：Ud+→VT1→L、R→B点→C2→Ud-，因为L对变化电流的阻碍作用，流过R、L的电流I0将慢慢增大。

　第二阶段，VT1的Ubl为低电平，VT2的Ub2为高电平，VT1关断，流过L的电流突然变小，L马上产生左正右负的电动势，该电动势通过VD2形成电流回路，电流途径是：L左正→R→C2→VD2→L右负→VD2→U-，该电流方向仍是由右往左，但电流随L上的电动势下降而减小，在t3时刻电流I0变为0。在t2～t3期间，由于L产生左正右负电动势，A点电压较B点电压低，即R、L两端的电压Uo极性发生了改变，变为左正右负，由于A点电压很低，虽然VT2的Ub2为高电平，VT2仍无法导通。

第三阶段，VT1基极脉冲信号Ub1仍为低电平，VT2的Ub2仍为高电平，由于此时L上的左正右负电动势已消失，VT2开始导通，有电流流过R、L，电流途径是：C2上正（C2相当于一个大小为Ud/2的电源）→R→L→VT2→C2下负，该电流与t1～t3期间的电流相反，由于L的阻碍作用，该电流慢慢增大。因为B点电压为Ud/2，A点电压为0（忽略VT2导通压降），故R、L两端的电压Uo大小为Ud/2，极性是左正右负。

第四阶段，VT1的Ub1为高电平，VT2的Ub2为低电平，VT2关断，流过L的电流突然变小，L马上产生左负右正的电动势，该电动势通过VD1形成电流回路，电流途径是：L右正→VD1→C1→R→L左负，该电流方向由左往右，但电流随L上电动势下降而减小，在t5时刻电流I0变为0。在t4～t5期间，由于L产生左负右正电动势，A点电压较B点电压高，即Uo极性仍是左负右正，另外因为A点电压很高，虽然VT1的Ub1为高电平，VT1仍无法导通。

单相半桥逆变电路图

半桥式逆变电路结构简单，但负载两端得到的电压为直流电源电压的一半，并且直流侧需采用两个电容器串联来均压。半桥式逆变电路常用在几千瓦以下的小功率逆变设备中。

单相全桥逆变电路基本工作原理

工作原理：①第一阶段，VT1、VT4的基极控制脉冲都为高电平，VT1、VT4都导通，A点通过VT1与Ud正端连接，B点通过VT4与Ud负端连接，故R、L两端的电压Uo大小与Ud相等，极性为左正右负（为正压），流过R、L电流的方向是：Ud+→VT1→R、L→VT4→Ud-。

②第二阶段，VT1的Ub1为高电平，VT4的Ub4为低电平，VT1导通，VT4关断，流过L的电流突然变小，L马上产生左负右正的电动势，该电动势通过VD3形成电流回路，电流途径是：L右正→VD3→VT1→R→L左负，该电流方向仍是由左往右。由于VT1、VD3都导通，A点和B点都与Ud正端连接，即UA= UB，R、L两端的电压Uo为0（Uo=UA-UB）。在此期间，VT3的Ub3也为高电平，但因VD3的导通使VT3的c、e极电压相等，VT3无法导通。

在第三阶段，VT2、VT3的基极控制脉冲都为高电平，在此期间开始一段时间内，L还未能完全释放能量，还有左负右正电动势，但VT1因基极变为低电平而截止，L的电动势转而经VD3、VD2对直流侧电容C充电，充电电流途径是：L右正→VD3→C→VD2→R→L左负，VD3、VD2的导通使VT2、VT3不能导通，A点通过VD2与Ud负端连接，B点通过VD3与Ud正端连接，故R、L两端的电压Uo大小与Ud相等，极性为左负右正（为负压），当L上的电动势下降到与Ud相等时，无法继续对C充电，VD3、VD2截止，VT2、VT3马上导通，有电流流过R、L，电流的方向是：Ud+→VT3→L、R→VT2→Ud-。

在第四阶段，VT2的Ub2为高电平，VT3的Ub3为低电平，VT2导通，VT3关断，流过L的电流突然变小，L马上产生左正右负的电动势，该电动势通过VD4形成电流回路，电流途径是：L左正→R→VT2→VD4→L右负，该电流方向是由右往左。由于VT2、VD4都导通，A点和B点都与Ud负端连接，即UA=UB，R、L两端的电压Uo为0（Uo= UA-UB）。在此期间，VT4的Ub4也为高电平，但因VD4的导通使VT4的c、e极电压相等，VT4无法导通。之后进入下一个循环。

单相逆变器的电路原理？

逆变器是一种把直流变交流的电路结构设备，全桥和半桥是内部驱动电路的结构形式，通俗的说，全桥是由4个驱动管轮流工作于正弦波的各个波段，半桥是2个驱动管轮流工作于正弦波的各个波段，参照整流电路比较好理解

相对半桥逆变器而言，全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。在全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有交流变压器。

半桥逆变的原理图和半桥整流的是基本一致的，晶闸管（gto或igbt）采用共阴极接法，或者共阳极接法，它逆变产生的电压，是间断但都同正，或同负的，，而整流负载端改逆变直流电源，源输入端外接电网

全桥逆变则在半桥逆变基础上将共阴极接法，和者共阳极接法合并在一起，A B C，每相对称接晶闸管器件

逆变可得到正负交替的方波，正弦波等

什么是电压型三相桥式逆变电路？

逆变器的工作原理是通过功率半导体开关器件的开通和关断作用。把直流电能变换成交流电能的单相逆变器的基本电路有网。推广是半桥式和全桥式三种，虽然电路结构不同，但工作原理类似。电路中使用具有开关特性的半导体器件。由控制电路周期性对功率器件发出开关脉冲控制信号，控制各个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压后。总行滤波输出符合要求的交流电。

电压型三相桥式逆变电路

是指由电压型直流电源供电的逆变电路。它的直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源，直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。电压型逆变电路主要应用于各种直流电源。

电压型逆变电路特点

(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；　

(2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；

(3)阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

电压型逆变电路种类

1、单相电压型逆变电路

（1）单相半桥电压型逆变电路

优点：简单，使用器件少

缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡

（2）单相全桥电压型逆变电路，由两个半桥电路的组合，是单相逆变电路中应用最多的。

（3）带中心抽头变压器的逆变电路

2、三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路，应用最广的是三相桥式逆变电路。