第5章 光伏控制器及逆变器
光伏逆变器控制原理
光伏逆变器控制原理
光伏逆变器控制原理是将通过光伏组件产生的直流电转换为交流电。
光伏组件产生的直流电经过变流器（逆变器）的控制，经过一系列的处理和调节后，可以输出所需的交流电。
光伏逆变器的控制原理主要包括以下几个步骤：
1. MPPT（最大功率点跟踪）控制：逆变器通过跟踪光伏组件
输出功率的变化，确定最佳的工作点，以获得最大的发电效率。
利用最大功率点追踪控制算法，调整电流和电压的输出，确保光伏组件的工作在最佳工作点附近。
2. 电压控制：逆变器需要根据光伏组件输出的直流电压来控制交流输出的电压。
通过电压控制回路，使逆变器能够自动调整输出电压的大小，以适应不同的负载需求。
3. 频率控制：逆变器需要确定输出交流电的频率。
这通常是根据国家或地区的电网标准来确定的。
通过频率控制器，逆变器可以实时监测输出频率，保持在设定的范围内。
4. 网络连接控制：光伏逆变器需要与电网连接，以实现交流电的输出。
逆变器需要通过与电网同步的操作，确保逆变器输出的交流电与电网相位和频率完全匹配。
通过与电网连接的控制器，可以监测电网电压和频率的变化，调整逆变器的输出以保持与电网的同步。
光伏逆变器的控制原理通过上述的步骤，能够确保逆变器将光
伏组件产生的直流电转换成符合电网要求的交流电，并实现最大的发电效率。
光伏发电逆变器工作原理及控制
光伏发电逆变器工作原理及控制光伏发电逆变器是一种将光伏电池组发出的直流电转换为交流电的装置。
它的工作原理主要包括电流控制、电压控制和PWM调制。
在光伏电池组输出的直流电经过逆变器之前，通常需要经过一个DC-DC转换器来提高电压，以提高逆变器的效率。
然后，直流电进入逆变器的输入端，经过电流控制器和电压控制器的处理后，输出的是一种频率和电压可调的交流电。
电流控制器主要是通过对直流电的电流大小进行控制，以确保输出电流的稳定性。
在逆变器的电路中，电流控制器通常是由一个电流检测电路和一个PID控制器组成。
电流检测电路用来实时检测电流的大小，而PID控制器则根据检测到的电流大小来调整输出电压，以保持输出电流的稳定。
电压控制器主要是通过对输出电压的大小进行控制，以确保输出电压的稳定性。
在逆变器的电路中，电压控制器通常是由一个电压检测电路和一个PID控制器组成。
电压检测电路用来实时检测输出电压的大小，而PID控制器则根据检测到的电压大小来调整PWM调制信号的占空比，以保持输出电压的稳定。
PWM调制是指通过调整脉冲宽度来控制输出电压的大小的一种技术。
在逆变器的电路中，PWM调制器通常是由一个比较器和一个三角波发生器组成。
比较器将电压控制器输出的控制信号与三角波发生器产生的三角波进行比较，根据比较结果生成PWM信号。
PWM信号经过滤波电路后，输出给逆变器的开关电路，控制开关电路的开关状态，以实现输出电压的调节。
总结起来，光伏发电逆变器的工作原理主要包括电流控制、电压控制和PWM调制。
通过对直流电的电流大小和输出电压的稳定性进行控制和调节，使得光伏发电逆变器能够提供稳定的交流电输出。
《太阳能光伏发电技术》课件——5.控制器
48V系统
56.4～58V
57.6V
6、蓄电池充电保护的关断恢复电压（HVR）
蓄电池过充后，停止充电，进行放电，再次恢复充电的电压。
12V系统 13.1～13.4V
24V系统 26.2～26.8V
48V系统 52.4～53.6V
典型值
13.2V
26.4V
52.8V
二、光伏控制器的技术参数
7、蓄电池的过放电保护电压（LVD）
其他功能
1、防止太阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性接反；
2、防止负载、控制器、逆变器和其他设备内部短路；
3、防止雷击引起的击穿保护；
4、温度补偿功能；
5、显示光伏发电系统的各种工作状态。
蓄电池电压
负载状态
辅助电源状态
温度环境状态
电池方阵工作状态 故障告警
二、光伏控制器的工作原理
开关1：充电开关
开关2：放电开关
并联型
用于
较高功率系统
用于
小型、低功率系统
脉宽调制型
智能型
多路控制型 最大功率跟踪行
一、控制器的分类
3、按照应用场景和功能分类：
二、光伏控制器的技术参数
1、系统电压
即额定工作电压，指光伏发电系统的直流工作电压。
12V
24V
48V
110V
220V
500V
2、最大充电电流
指光伏组件或阵列阵输出的最大电流。
5.1控制器的功能及原理
控制器的功能及原理
光能 负载供电
发电量不足 用电量较大
电能
储存
储能装置
一、控制器的功能
基本功能
将光伏组件或者光伏阵列产生的直流电提供给蓄电池充电； 同时防止蓄电池过充电或过放电。
光伏逆变器系统控制
– 早期的脉宽调制电路使用晶闸管，现代电路更倾向于使用晶体管 ，因为它们具有更强的耐大电流的能力，可以高达１５００Ａ．
联系：谐波概念中讲到的傅里叶级数的原理。
• 电流源型逆变器
– 可以调整逆变器的输出电压和频率
– 在用于可变频率电动机驱动和其他要求电压和频率可变的应用场 合时，可以使用这种逆变器。
• 晶体管作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输 出电流。与普通机械开关（如Relay、switch）不同，晶 体管利用电讯号来控制自身的开合，而且开关速度可以非 常快，实验室中的切换速度可达100GHz以上。
• 使用晶体管的六脉动逆变器
– 用4个晶体管来代替4个晶闸管 的逆变器的电路图
– 波形图更像传统的交流正弦波
• 输出电压低于输入电压。
再被转换成直流电，用以给设备进行供电。 • 完成这种变化的过程看似有点奇怪，这是因为在大型供电
系统中，如果电流型式是交流电，那么更容易改变电压和 电流的水平。 • 现在，旧的斩波电路别改为具有更新型电路的供电技术， 它们被统称为换流器（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）。现在通常 会在开关模式供电（ＳＭＰＳ）中看到换流电路。
• 单相逆变器：主要组件是4个晶闸管和4个晶体管。这种电路通常 叫做直流连接逆变器，或者被简单的称为逆变器。输出为交流方 波。
• 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又被称做可 控硅整流器，以前被简称为可控硅；是一种开关元件。
– 1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于 1958年将其商业化。
– 逆变器的输入是光伏阵列产生 的直流电，通过逆变器转化成 50Hz的交流电。光伏阵列产生 的电压大小随光照的变化而变 化。
光伏控制器原理
光伏控制器原理光伏控制器是一种用于太阳能发电系统中的关键设备，其原理是对太阳能电池板的输出电压和电流进行监测和控制，以确保最大功率点跟踪和电池板和电池组的安全运行。
光伏控制器主要由电池板输入端、电池组输出端以及控制电路组成。
首先，光伏控制器通过电池板输入端接收太阳能电池板产生的直流电能。
太阳能电池板通常是由多个太阳能电池电池片组成的，每个电池片都会产生一定的电压和电流。
光伏控制器会将电池板的输出电压和电流输入到控制电路中进行监测。
在控制电路中，光伏控制器会根据输入端的电压和电流信息计算出太阳能电池板的功率，并与设定的最大功率点进行比较。
最大功率点是指太阳能电池板在给定光照条件下能够输出的最大功率。
光伏控制器的目标是通过跟踪最大功率点，使太阳能电池板能够以最高效率将光能转化为电能。
为了实现这一目标，光伏控制器会不断调整输出电压和电流，确保它们与最大功率点匹配。
为了实现最大功率点跟踪，光伏控制器通常会使用一种称为MPPT（Maximum Power Point Tracking）的技术。
MPPT技术的基本原理是通过不断调整电池板的输入电压和电流来匹配最大功率点。
在实际应用中，光伏控制器会根据实时的太阳能电池板输出电压和电流信息，计算出偏离最大功率点的距离，并相应地调整电压和电流来接近最大功率点。
除了最大功率点跟踪功能，光伏控制器还承担着太阳能电池板和电池组的保护和管理功能。
例如，当太阳能电池板输出电压过高或过低时，光伏控制器可以通过控制开关器件来调整电压并保护电池板。
此外，光伏控制器还可以监测电池组的状态，如电压、电流和温度等参数，以确保电池组的安全运行。
光伏控制器还具备一些附加功能，如数据采集和通信接口。
通过数据采集功能，光伏控制器可以实时记录太阳能电池板的输出功率、电压和电流等信息，并将这些数据传输给监控系统或数据记录设备进行分析和评估。
通信接口则可以实现光伏控制器与其他设备的连接，如监控系统或远程控制器，以实现远程监控和管理。
光伏控制器(教学课件PPT)上课讲义
二、功率反馈（Power Feedback）法
功率反馈法的基本原理是通过采集太阳能电池阵列的直流电压值和直流电 流值，采用硬件或者软件计算出当前的输出功率，由当前的输出功率P和上次 记忆的输出功率 P '来控制调整输出电压值。
三、扰动观测（Perturbation and Observation－P&O）法
六、智能型控制器 智能型控制器采用CPU或MCU等微处理器对太阳能光伏发电系统的运行参数进行 高速实时采集，并按照一定的控制规律由单片机内程序对单路或多路光伏组件进 行切断与接通的智能控制。中、大功率的智能控制器还可通过单片机的 RS232/485接口通过计算机控制和传输数据，并进行远距离通信和控制。
项目5 光伏控制器
单体电池发电特性认识 光伏组件发电特性分析 光伏方阵结构设计 光伏方阵方位设计
控制器是太阳能光伏发电系统的核心部件之一，也是平衡系统的主要组 成部分。在小型光伏发电系统中，控制器主要用来保护蓄电池。在大中 型系统中，控制器担负着平衡光伏系统能量，保护蓄电池及整个系统正 常工作和显示系统工作状态等重要作用，控制器可以单独使用，也可以 和逆变器等合为一体。在特殊的应用场合中，特别对于小型光伏发电系 统，控制器决定了一个系统功能。所以必须掌握小型或独立光伏发电系 统控制器的认识及典型控制电路制作。
8.温度补偿 控制器一般都具有温度补偿功能，以适应不同的环境工作温度，为蓄 电池设置更为合理的充电电压。控制器的温度补偿系数应满足蓄电池的 技术要求，其温度补偿值一般为-20～-40m\U℃。 9.工作环境温度 控制器的使用或工作环境温度范围随厂家不同一般在-20～+50℃之间 。
10.其他保护功能 (1)控制器输入、输出短路保护功能。控制器的输入、输出电路都 要具有短路保护电路，提供保护功能。 (2)防反充保护功能。控制器要具有防止蓄电池向太阳能电池反向 充电的保护功能。 (3)极性反接保护功能。太阳能电池组件或蓄电池接入控制器，当 极性接反时，控制器要具有保护电路的功能。 (4)防雷击保护功能。控制器输入端应具有防雷击的保护功能，避 雷器的类型和额定值应能确保吸收预期的冲击能量。 (5)耐冲击电压和冲击电流保护。在控制器的太阳能电池输入端施 加1.25倍的标称电压持续一小时，控制器不应该损坏。将控制器充 电回路电流达到标称电流的1.25倍并持续一小时，控制器也不应该 损坏。
第五章--单相并网逆变器
第5章单相并网逆变器后级的DC- AC部分，采用单相全桥逆变电路，将前级 DC- DC输出的400V 直流电转换成220V/50Hz 正弦交流电，完成逆变向电网输送功率。
光伏并网逆变器实现并网运行必须满足要求：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相（单位功率因数），而且其输出还应满足电网的电能质量要求，这些都依赖于逆变器的有效并网控制策略。
光伏并网逆变器拓扑结构按逆变器主电路的拓扑结构分类，主要有推挽逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器。
5.1.1推挽式逆变电路推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关元件和一个原边带有中心抽头的升压变压器组成。
它结构简单，两个功率管可共同驱动，两个开关元件的驱动电路具有公共地，这将简化驱动电路的设计。
U图5-1 推挽式逆变器电路拓扑推挽式电路的主要缺点是很难防止输出变压器的直流饱和，另外和单电压极性切换的全桥逆变电路相比，它对开关器件的耐压值也高出一倍。
因此适合应用于直流母线电压较低的场合。
此外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。
推挽式逆变器拓扑结构如图5-1 所示。
5.1.2半桥式逆变电路}半桥式逆变电路使用的功率开关器件较少，电路结构较为简单，但主电路的交流输出电压幅值仅为输入电压的一半，所以在同等容量条件下，其功率开关的额定电流要大于全桥逆变电路中功率元件额定电流，数值为全桥电路的2 倍。
由于分压电容的作用，该电路具有较强的抗电压输出不平衡能力，同时由于半桥式逆变电路控制较为简单，且使用元件少、成本低，因此在小功率等级的逆变电源中常被采用。
其主要缺点是直流侧电压利用率低，在同样的开关频率下电网电流的谐波较大。
图5-2 半桥式逆变器电路拓扑5.1.3全桥式逆变电路全桥逆变电路可以认为是由2 个半桥逆变电路组成的，在单相电压型逆变电路中是应用最多的电路，主要用于大容量场合。
在相同的直流输入电压下，全桥逆变电路的最大输出电压是半桥式逆变电路的2 倍。
光伏逆变器简介及原理讲解
二、光伏逆变器的分类 3
按逆变器输出的相数分可分为：
（1）单相逆变器 （2）三相逆变器 （3）多相逆变器
4
按照逆变器输出电能的去向分可分为：
（1）有源逆变器 （2）无源逆变器
5
按逆变器主电路的形式分可分为：
（1）单端式逆变器 （2）推挽式逆变器 （3）半桥式逆变器 （4）全桥式逆变器
二、光伏逆变器的分类
一、光伏逆变器概述
国内逆变器的主要生产企业
二、光伏逆变器的分类
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光伏逆变器按宏观可分为：
1.普通型逆变器 2.逆变/控制一体机 3.邮电通信专用逆变器 4.航天、军队专用逆变器
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按逆变器输出交流电能的频率分：
（1）工频逆变器 工频逆变器的频率为50～60Hz的逆变器 （2）中频逆器 中频逆变器的频率一般为400Hz到十几kHz （3）高频逆变器 高频逆变器的频率一般为十几kHz到MHz。
六、光伏逆变器主要技术指标
１、输出电压的稳定度 在光伏系统中，太阳电池发出的电能先由蓄电池储存起来 ，然后经过逆变器逆变成220V或380V的交流电。但是蓄电池受 自身充放电的影响，其输出电压的变化范围较大，如标称12V 的蓄电池，其电压值可在10.8～14.4V之间变动(超出这个范围可 能对蓄电池造成损坏)。对于一个合格的逆变器，输入端电压在 这个范围内变化时，其稳态输出电压的变化量应不超过额定值 的±5％，同时当负载发生突变时，其输出电压偏差不应超过额 定值的±10％。 ２、输出电压的波形失真度 对正弦波逆变器，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，其值应不超过5％( 单相输出允许l0％)。由于逆变器输出的高次谐波电流会在感性 负载上产生涡流等附加损耗，如果逆变器波形失真度过大，会 导致负载部件严重发热，不利于电气设备的安全，并且严重影 响系统的运行效率。
光伏逆变器概述（完整版）
光伏逆变器概述（完整版）光伏逆变器概述⼯作原理及特点⼯作原理：逆变装置的核⼼，是逆变开关电路，简称为逆变电路。
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。
特点：（1）要求具有较⾼的效率。
由于⽬前太阳能电池的价格偏⾼，为了最⼤限度的利⽤太阳能电池，提⾼系统效率，必须设法提⾼逆变器的效率。
（2）要求具有较⾼的可靠性。
⽬前光伏电站系统主要⽤于边远地区，许多电站⽆⼈值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输⼊直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。
（3）要求输⼊电压有较宽的适应范围。
由于太阳能电池的端电压随负载和⽇照强度变化⽽变化。
特别是当蓄电池⽼化时其端电压的变化范围很⼤，如12V的蓄电池，其端电压可能在10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较⼤的直流输⼊电压范围内保证正常⼯作。
光伏逆变器分类有关逆变器分类的⽅法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器；根据逆变器使⽤的半导体器件类型不同，⼜可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。
根据逆变器线路原理的不同，还可分为⾃激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。
根据应⽤在并⽹系统还是离⽹系统中⼜可以分为并⽹逆变器和离⽹逆变器。
为了便于光电⽤户选⽤逆变器，这⾥仅以逆变器适⽤场合的不同进⾏分类。
1、集中型逆变器集中逆变技术是若⼲个并⾏的光伏组串被连到同⼀台集中逆变器的直流输⼊端，⼀般功率⼤的使⽤三相的IGB T功率模块，功率较⼩的使⽤场效应晶体管，同时使⽤DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它⾮常接近于正弦波电流，⼀般⽤于⼤型光伏发电站(>10kW)的系统中。
最⼤特点是系统的功率⾼，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采⽤集中逆变的⽅式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。
光伏控制器
8
5）智能型控制器：采用CPU或MCU等微处理器进行控制。 除了具有过充电、过放电、短路、过载、.防反接等保 护功能外，还利用蓄电池放电率高准确性的进行放电控 制。并具有高精度的温度补偿功能。
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6）最大功率点跟踪型控制器：使太阳能电池 方阵始终保持在最大功率点状态，以充分利用 太阳能电池 方阵的输出能量。采用PWM调制 方式，使充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电 池的 极化，提高充电效率。
2
2、光伏控制器的分类及电路原理
光伏控制器按电路方式的不同，可分为并联型、串 联型、脉宽调制型、多路控制型等；
按组件输入功率分：小功率型、 中功率型、大功率 型及专用控制器（如草坪灯控制器）等；
光伏控制电路的基本工作原理图：
3
1）并联型控制器：也叫旁路型控制器，它是利用并 联在太阳能电池两端的机械或电子开关器 件控制充 电过程。一般用于小型、小功率系统。
关工作模式
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3、大功率光伏控制器 大功率光伏控制器采用微电脑芯片控制系统，
控制功能更强，可实现复杂过程控制。
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4、光伏控制器的主要技术参数
系统电压、最大充电电流、太阳电池方 阵输入路数、电路自身损耗、充满断开 或过压关断电压（HVD) 、欠压断开或欠 压关断电压（LVD)、蓄电池充电浮充电压、 温度补偿、使用或工作环境温度范围、 其他保护功能
1、太阳能光伏控制器概述
主要作用：在小型光伏系统中，用来保护蓄电池； 在大中型系统中，起平衡光伏系统能量、保护蓄电 池及整个系统正常运行等；
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光伏控制器应具有以下功能：①防止蓄电池过 充电和过放电，延长蓄电池寿命；②防 止太 阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性接反；③ 防止负载、控制器、逆变器和其他设备内 部 短路；④具有防雷击引起的击穿保护；⑤具有 温度补偿的功能⑥显示光伏发电系统的 各种 工作状态，包括：蓄电池（组）电压、负载状 态、电池方阵工作状态、辅助电源状态、 环 境温度状态、故障报警等。
精品课件-现代电源技术(王建辉)-第5章
第五章 太阳能供电系统
（2）占地面积大。由于太阳能能量密度低，这就使得光 伏发电系统的占地面积会很大，每10kW光伏发电功率占地约 需100m2，平均每平方米面积发电功率为100W。随着光伏建筑 一体化发电技术的成熟和发展，越来越多的光伏发电系统可以 利用建筑物、构筑物的屋顶和立面，将逐渐克服光伏发电占地 面积大的不足。
第五章 太阳能供电系统 表5－1 主要国家光伏发展中长期规划累计装机量
年份 2008 2010 2020 2030
日本 1.97 8 30 205
欧洲
10 41 200
美国
5 36 200
中国 0.14 0.25 1.6 50
其他
4.75 89.8 1195
第五章 太阳能供电系统
我国的光伏发电市场需求发展速度一直较慢，在2008年 全球新装机容量中的比例和累计装机容量中的比例都很低， 2008年累计装机容量仅占世界总容量的1%，新装机容量在2% 左右。我国传统电价较低，使用光伏产品发电的经济性相对不 足。在财政部补贴政策公布之前，我国针对光伏产业的扶持政 策主要是《可再生能源法》中间接提到过的一些。2009年年 初，为了进一步加大减排力度，同时帮助两头在外的国内光伏 产业健康发展，我国政府出台了具有历史意义的国内光伏补贴 计划。此计划出台后我国的光伏产业走上了康庄大道，相继在 各地区建立了大型光伏发电站，装机量也一路攀升。图5－5所 示为2000—2008年我国光伏系统安装量及增速示意图。
第五章 太阳能供电系统
3. 对于太阳能发电来说，其发电过程没有机械转动部件，也 不消耗燃料，并且不排放包括温室气体在内的任何物质，具有 无噪声、无污染的特点，而且太阳能资源没有地域限制，分布 广泛且取之不尽，用之不竭，因此，与其他新型发电技术(风 力发电与生物质能发电等)相比，太阳能光伏发电是一种具有 可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的 可再生能源发电技术。其主要优点有以下几点：
光伏逆变器的设计与控制
光伏逆变器的设计与控制随着新能源的快速发展，光伏逆变器作为太阳能光伏发电系统的核心部件，扮演着重要的角色。
本文将详细介绍光伏逆变器的设计原理和控制方法。
一、光伏逆变器的基本原理光伏逆变器是将直流光伏电能转换为交流电能的电子设备。
其主要功能是将太阳能电池板输出的直流电转换成交流电供电给电网或负载使用。
逆变器的核心部分是功率变换电路，它通过控制开关管（如MOSFET）的开关时间和频率，实现直流电到交流电的转换。
二、光伏逆变器的设计要点1. 功率级别选择：光伏逆变器的功率级别应根据实际应用需求来选择，可以根据系统容量、太阳能电池板的支持功率、并网电网电压等因素综合考虑。
2. 逆变方式选择：根据光伏逆变器的输出电流波形和负载类型，可以选择谐振逆变、逆平波逆变等不同的逆变方式。
3. 电路拓扑设计：常见的光伏逆变器电路拓扑有全桥逆变器、半桥逆变器、多电平逆变器等，根据系统要求和成本效益进行选择。
4. 控制策略设计：逆变器的控制方式包括单闭环控制、双闭环控制、预测控制等，选择合适的控制策略能够提高逆变器的性能和稳定性。
三、光伏逆变器的控制方法1. 集中式控制：逆变器的控制器位于逆变器的核心部分，通过采集和处理逆变器的输入和输出电流、电压等参数，实现对逆变器的控制和保护。
2. 分布式控制：将逆变器的控制器分散在不同的功率电子模块上，各个模块之间通过通讯线路进行数据传输和同步，实现对整个逆变器系统的控制和管理。
3. 智能控制：利用现代控制算法和智能控制技术，将光伏逆变器的控制系统与电网和负载进行智能连接，实现对电能的优化调度和智能管理。
四、光伏逆变器的未来发展方向1. 提高功率密度：通过优化电路设计和封装技术，提高光伏逆变器的功率密度，实现更小体积、更高效率的逆变器产品。
2. 增强智能化水平：结合大数据和云计算技术，实现光伏逆变器的智能化监测和管理，提高逆变器系统的运行效率和可靠性。
3. 改进降噪技术：通过优化电路结构和控制策略，减少逆变器运行过程中的噪声和谐波污染，降低对电网和用户设备的影响。
光伏逆变器电路设计与控制
光伏逆变器电路设计与控制在当今能源紧缺的背景下，太阳能光伏发电正成为一种环保、绿色的新型能源。
然而，太阳能发电系统中光伏逆变器的电路设计和控制也显得尤为重要。
一、光伏逆变器的作用和分类光伏逆变器是将太阳能光电池板直流电能转换为交流电的设备。
其主要作用是将由光电池板在白天收集的直流电能进行处理，转变成为适合于用电的交流电。
根据其功能不同，光伏逆变器也可以分为独立型、并网型和混合型。
独立型光伏逆变器是指将太阳能充电器、电源转换器、控制器等集成在一起，实现对储能池电池的管理和监测，并进行逆变。
并网型光伏逆变器是将太阳能电池板发出的直流电与电网的交流电进行并联，实现发电量的监测、光伏系统的与电网的交互及互补等功能。
混合型光伏逆变器是将独立型逆变器和并网型逆变器功能整合到一起，可以方便地进行切换，同时实现了各种提供电力的功能。
二、电路设计光伏逆变器的电路设计关系到光伏逆变器的质量和稳定性。
电路设计中的电压控制、电流控制以及保护等环节都需要协同作用，才能保证光伏逆变器的正常工作。
以下是光伏逆变器电路设计的要点：1、功率管的选型功率管是光伏逆变器中最重要的组成部分之一。
功率管的选型需要考虑其电阻、最高耐压、最大输入电压和最大电流等因素，同时还要考虑其互感，以保证光伏逆变器的效率和稳定性。
2、滤波电感的选择滤波电感是光伏逆变器电路设计中一个重要的组成部分。
滤波电感应滤波作用，将光伏逆变器输出中的不稳定因素进行过滤，以保证光伏逆变器输出中的电压和电流的稳定性。
滤波电感的选择需要根据电压、电流和频率的大小而定。
3、控制器的选择控制器是用于控制光伏逆变器中功率管工作状态的设备。
控制器不仅需要满足快速反应和高精度的要求，还需要能够适应复杂的电路设计。
三、电路控制电路控制是光伏逆变器电路设计中不可或缺的一部分。
其主要目的是提高光伏逆变器的性能和可靠性，以便在复杂的电路环境下正常工作。
1、电路中电流、电压的控制直流电流控制可以用PWM（脉冲宽度调制）技术进行控制。
光伏控制器的功能和分类
光伏控制器的功能和分类1. 介绍光伏控制器（Photovoltaic Controller）是一种用于光伏发电系统的关键设备，主要用于管理、控制和保护光伏电池板组成的光伏阵列。
光伏控制器能够将光能转化为电能，并对电能进行有效的管理和分配，以提高光伏系统的发电效率，延长电池板的使用寿命。
本文将详细介绍光伏控制器的功能和分类。
2. 光伏控制器的功能光伏控制器具有多种功能，主要包括以下几个方面：2.1 光能转换光伏控制器的主要功能之一是将光能转化为直流电能。
当太阳光照射在光伏电池板上时，其光能被光伏电池板吸收并转化为直流电能。
光伏控制器需要对光能进行合理的转换和调节，以确保光伏电池板能够最大程度地利用和转化光能。
2.2 电能管理与分配光伏控制器还具有电能管理和分配的功能。
一方面，光伏控制器可以对光伏电池板组成的光伏阵列进行管理和监控，确保每个电池板正常工作，并及时发现和处理异常情况。
另一方面，光伏控制器可以对光伏发电系统输出的电能进行合理的分配和调节，以满足不同的用电需求。
2.3 充放电控制充放电控制是光伏控制器的重要功能之一。
在光伏发电系统中，光伏电池板需要充电以储存太阳能，同时也需要放电以供电使用。
光伏控制器需要根据光照情况和充电状态，自动控制充放电过程，以确保电能的稳定供应。
2.4 保护和安全控制光伏控制器还具有保护和安全控制的功能。
光伏电池板在使用过程中可能会受到过压、过流、短路等问题的影响，光伏控制器需要及时检测和处理这些异常情况，以保护电池板及其他设备的安全运行。
同时，光伏控制器还需要具备防雷、防过温等功能，确保光伏发电系统在恶劣天气条件下的正常运行和安全。
3. 光伏控制器的分类根据不同的标准，光伏控制器可以进行不同的分类。
下面将介绍几种常见的分类方法。
3.1 按工作方式分类根据光伏控制器的工作方式，可以将其分为以下几类：3.1.1 PWM控制器PWM（Pulse Width Modulation）控制器是一种常见的光伏控制器。
最新光伏发电技术习题及答案(期末考试)
第一章光伏发电系统习题一、填空题1. 太阳能利用的基本方式可以分为、、、。
2. 光伏并网发电主要用于和。
3. 光伏与建筑相结合光伏发电系统主要分为、。
4. 住宅用离网光伏发电系统主要用太阳能作为供电能量。
白天太阳能离网发电系统对蓄电池进行；晚间，太阳能离网发电系统对蓄电池所存储的电能进行。
5. 独立光伏发电系统按照供电类型可分为、和，其主要区别是系统中是否有。
6. 太阳能户用电源系统一般由太阳能电池板、和构成。
7. 为能向AC220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用。
8.太阳能光伏电站按照运行方式可分为和。
未与公共电网相联接独立供电的太阳能光伏电站称为。
二、选择题1．与常规发电技术相比，光伏发电系统有很多优点。
下面那一项不是光伏发电系统的优点( )。
A. 清洁环保，不产生公害B. 取之不尽、用之不竭C. 不存在机械磨损、无噪声D. 维护成本高、管理繁琐2．与并网光伏发电系统相比（）是独立光伏发电系统不可缺少的一部分。
A. 太阳能电池板B.控制器C. 蓄电池组D.逆变器3. 关于光伏建筑一体化的应用叙述不对的是（）。
A. 造价低、成本小、稳定性好B.采用并网光伏系统，不需要配备蓄电池C.绿色能源，不会污染环境。
D.起到建筑节能作用4．（）是整个独立光伏发电系统的核心部件。
A、充放电控制器B、蓄电池组C、太阳能电池方阵D、储能元件5．独立光伏发电系统较并网光伏发电系统建设成本、维护成本（）A、无法预算 B、偏低 C、一致 D、偏高6．目前国内外普遍采用的并网光伏发电系统是（）A、有逆流型并网系统B、无逆流型并网系统C、切换型并网系统D、直、交流型并网系统三、简答题1.简述太阳能发电原理。
2.什么是光伏效应？3.简述光伏系统的组成。
4. BAPV和BIPV有什么区别？5．目前光伏发电产品主要用于哪些方面。
6．简述太阳能光伏发电系统的种类。
7．简述光伏发电与其他常规发电相比具有的主要特点。
光伏逆变器的原理
光伏逆变器的原理光伏逆变器是将光伏电池板（太阳能电池板）所产生的直流电转化为交流电的装置。
它是光伏发电系统中的重要组成部分，起到了将光能转换为电能的关键作用。
在光伏逆变器中，直流电被逆变为交流电，以满足用户的用电需求。
光伏逆变器主要由逆变器控制器和功率电源电路两大部分组成。
逆变器控制器负责控制逆变器的整个工作过程，包括输出功率的调节、智能保护、电网连接等功能。
而功率电源电路则负责将直流电能转换为交流电能的具体操作。
第一步：直流输入第二步：正弦波生成在逆变器中，直流电通过整流电路转换为平滑的直流信号。
然后，这个直流信号被逆变器控制器产生的PWM（脉宽调制）信号进行调制。
PWM 信号周期性地改变直流信号的幅值，以产生一个近似正弦波形的信号。
第三步：滤波通过滤波电路，逆变器中的PWM信号经过滤波处理，去除其中的谐波成分，得到一个更加接近正弦波形的信号。
第四步：逆变输出经过滤波处理的信号被送入逆变器的输出级。
在输出级中，逆变器利用功率电源电路将直流信号转换为交流信号。
这一过程通过全桥逆变拓扑结构实现。
全桥逆变拓扑结构由四个开关管组成，通过控制这四个开关管的通断状态，逆变器能够实现将直流信号逆变为交流信号。
第五步：输出调节第六步：电网连接逆变器将输出的交流电能连接到电网中。
在电网并网的过程中，逆变器需要遵守并网规范，确保输出的交流电能与电网的频率和电压保持匹配，以确保电网的稳定性和安全性。
光伏逆变器的优点是可以充分利用太阳能资源，将其转化为电能供人们使用。
它具有高效、环保、可靠和经济的特点。
随着光伏技术的不断发展，光伏逆变器正在越来越广泛地应用于家庭、商业和工业领域，成为清洁能源发电的重要装置。
太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法
太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法
1.光伏电池板：太阳能光伏电池板将太阳能转化为直流电能。
2.光伏逆变器：光伏逆变器用于将直流电能转换为交流电能。
其基本工作原理是将直流电能通过电子元件（如晶体管、MOSFET等）的开关控制，改变电流和电压的形式，最终得到适合电网输入的交流电。
3.控制方法：太阳能光伏并网逆变器的控制方法主要有以下几种：
-简单的开关控制：通过控制开关电路的通断，将直流电能转换为交流电能。
这种方法比较简单，但效率较低。
-最大功率点追踪（MPPT）控制：通过检测光伏电池板输出电压和电流的变化，调整逆变器的工作参数，使得光伏电池板能够在不同光照条件下工作在最佳工作点，提高光伏发电系统的效率。
-滞环控制：为了保护电网和逆变器，滞环控制方法用于对逆变器工作点进行精确控制，并确保逆变器不会输出超过一定限制的电压和电流。
-网络同步控制：光伏逆变器必须与电网同步运行，确保输出的交流电与电网电压相位和频率一致。
这需要逆变器具备精准的频率和相位检测功能，并通过控制电路将输出电压和频率调整到与电网同步。
综上所述，太阳能光伏并网逆变器将直流电能转换为交流电能，并通过不同的控制方法保证逆变器的稳定工作和输出交流电的质量。
随着太阳能光伏技术的不断发展，逆变器的效率和控制精度也在不断提高，使得光伏发电系统在实际应用中更加可靠和高效。
光伏控制器的基本原理
光伏控制器的基本原理
光伏控制器是太阳能发电系统中的重要组成部分，其作用是控制光伏电池板向电池组充电，同时保护电池组不受过充或过放的影响。
光伏控制器的基本原理主要包括光伏电池板的充电控制、电池组的保护和充电管理等方面。
光伏控制器通过光伏电池板将太阳能转换为电能，并将其输出到电池组中进行充电。
光伏电池板是由多个光伏电池组成的，当太阳光照射到光伏电池板上时，光能会被光伏电池吸收并产生电流，进而将电能传输到电池组中。
光伏控制器通过对光伏电池板的输出电压和电流进行监测和控制，确保电池组能够得到适当的充电电量。
光伏控制器还具有保护电池组的功能。
电池组是储存电能的重要部件，过充或过放都会对电池组造成损害。
因此，光伏控制器通过监测电池组的电压和电流，实时控制光伏电池板的输出功率，避免电池组受到过充或过放的影响，延长电池组的使用寿命。
光伏控制器还负责充电管理的功能。
在太阳能充电系统中，光伏电池板的输出功率会随着光照强度的变化而变化，为了充分利用太阳能资源，光伏控制器需要对光伏电池板的输出功率进行调节。
通过控制光伏电池板的工作状态，使其在不同的光照条件下都能提供适当的充电电量，确保电池组始终保持在最佳工作状态。
总的来说，光伏控制器的基本原理是通过监测和控制光伏电池板的
输出电压和电流，实现对电池组的充电控制和保护，同时实现充电管理的功能，以确保太阳能发电系统的稳定运行和高效利用太阳能资源。
光伏控制器在太阳能发电系统中扮演着至关重要的角色，是实现太阳能发电系统高效运行的关键组成部分。
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第5章光伏控制器及逆变器5.1 控制器太阳能光伏发电系统分为离网型光伏发电系统和并网型光伏发电系统。
在太阳能光伏发电系统中，接收太阳光并将太阳光转换成电能的装置是太阳电池，但将太阳光转换成电能时由于天气原因或其他因素的影响，太阳电池的输出电流并不是很稳定。
直接供负载使用将使负载非常不稳定，甚至会导致负载不能使用以及烧毁的情况。
因此在太阳电池组件将光能转换成电能后，让电能经过蓄电池和充放电控制器以及其他电力部件后供负载使用。
独立运行的太阳能光伏发电系统使用时，白天日照充足太阳电池组件产生电能过剩，蓄电池储存多余的电能。
夜间或阴雨天没有太阳光时，要靠蓄电池贮存和调节电能来供负载合理使用，以达到充放电的平衡，从而使系统效率最大加以利用。
充放电控制器是太阳能独立光伏系统中至关重要的部件，其主要功能是对独立光伏系统中的储能元件——蓄电池进行充放电控制，以免蓄电池在使用过程中出现过充或过放的现象，影响蓄电池寿命，从而提髙系统的可靠性。
本节主要介绍充、放电控制器工作原理以及控制器的设计及选型。
5.1.1控制器的工作原理在独立光伏系统中，为了能让系统正常运行，蓄电池是不可缺少的部件。
控制器主要是为了避免蓄电池在充放电过程中出现过充或过放的情况而设计的控制部件，它能使蓄电池工作在最佳状态。
由于太阳电池组件随太阳光的变化而变化较大，导致控制器的输入能量不稳定，所以太阳能光伏发电系统中的充放电控制比其他应用领域的控制要复杂一些。
根据铅酸蓄电池的充放电特性如图5.1可知，在对蓄电池充电过程中，当蓄电池端电压升至D点电压时，就标志着蓄电池已充满，应切断充电开关线路。
所以光伏控制器应有检测电压部件，能随时检测蓄电池的端电压；检测到蓄电池端电压后控制器中应设有比较电路，与电压比较器中设置的相当于D点电压（可称为“门限电压”或“电压阈”）比较，如果端电压达到阈值电压时，表示应结束蓄电池充电过程。
在此应要注意的是蓄电池在充电期间，其电解液温度会升高，由于蓄电池电压的温度效应，所以此时的阈值电压应根据检测到的温度而设定相关的补偿电压。
同理，从蓄电池的放电特性如图5.2可知，在电压达到G点电压时，就意味着蓄电池放电过程终止。
所以同样在光伏控制器中设置电压检测电路和电压比较电路，通过测试G点电压来决定是否断开蓄电池放电线路，从而结束蓄电池放电过程。
在太阳能光伏发电系统中，根据光伏发电系统实际需求的不同，控制器复杂程度也不相同。
控制器可以由相对简单的比较电路组成，也可由单片机或DSP处理器来控制，但不管控制器由什么组成，其基本原理都相同。
从蓄电池充放电原理和控制过程可以分析，光伏充放电控制器的基本原理图如图5.3所示：充放电控制器主要由控制电路、开关元件和其他基本电子元件组成。
开关元件包括充电开关、放电开关，充电开关用来切断或接通太阳电池组件和蓄电池，使太阳电池组件对蓄电池进行充电或避免蓄电池过充；放电开关用来切断或接通蓄电池和用电负载，使系统电压供负载使用或避免蓄电池过放。
此处讲的充放电开关实际上是一个广义上的开关元件，它可以是一个继电器、三极管等元件，也可以是MOS管、晶闸管或是机械等类型的元件，用来切断或接通输电线路的元件。
控制器控制电路部分是整个光伏控制器的核心，控制电路部分一方面需提供控制电路所需的稳压电路，以稳定供给控制电路部分集成电路所需的电压，以保证集成电路正常工作；同时还需要检测蓄电池的端电压，根据蓄电池端电压与阈值电压的比较来决定是否切断或接通充电开关和放电开关，保证系统的正常运行。
根据光伏发电系统的要求不同，控制电路也不同，如最简单的太阳能草坪灯上的控制电路就是用几支三极管、电阻、电容以及电感等分立元件组成的充放电电路；较复杂的如PHOCOS公司生产的PL系列太阳能光伏控制器，其控制电路由多个微控制器和外围电路组成，可以检测温度、时间、充电容量大小以及可以支持串口数据传输的等功能。
除此外，还具有友好的人机显示界面，用户可由控制器的显示界面直接观察到控制器检测到的相关信息。
光伏控制器是太阳能光伏系统中的关键部件，其性能的好坏会影响系统的运行。
正确理解光伏控制器的工作原理能为设计控制器和光伏系统提供重要的信息。
5.1.2控制器的分类及选购注意事项太阳能光伏控制器的种类很多，根据所控制的太阳电池组件的路数可分为单路型控制电路和多路型控制电路。
单路型控制电路顾名思义就是进行单路太阳能充电的控制，多路型控制电路是进行多路太阳能充电的控制电路。
在设计光伏系统时需要对蓄电池的容量进行检测以判断是否应继续充电或放电。
目前大部分光伏系统的充放电多采用单路阶梯式充放电控制，或者多路阶梯式充放电控制。
其中单路阶梯式充放电控制模式适用于中小功率的负载，大功率负载多采用多路阶梯式充放电控制。
单路阶梯式充放电如图5.4所示，此种充放电控制主要是通过控制器实现对蓄电池的充放电控制。
控制器在充电过程中不断地对蓄电池的端电压进行监测，当蓄电池的端电压大于某个限定值时，就视为已充满，停止太阳电池向蓄电池充电。
由于这种电路结构简单，价格低廉，目前应用最为广泛。
多路阶梯式充放电控制器原理如图5.5所示，其工作过程为，当蓄电池充满电时，控制电路将控制电子开关从电子开关1至电子开关N顺序断开相应太阳电池组件。
当第—路组件断开后，控制电路检测蓄电池电压是否低于设定值，若低于设定值，则控制电路等待；等到蓄电池电压再次充到设定值，再断开第二路太阳电池组件，类似第一路组件。
相反的，蓄电池电压低于恢复点电压时，执行相反过程，顺序接通被断开的太阳电池组件，直至阳光非常微弱时全部接通。
图中电子开关2为放电断路开关，当蓄电池容量低于设定的过放参数时，可以断开电子开关2来断开负载，以保证蓄电池不至于过放。
蓄电池的电压受很多因素的影响，如，温度、湿度等，特别是在充电过程中，蓄电池的端电压并不能很好地反映其容量。
阶梯式充放电控制中蓄电池都与太阳电池直接相连，其端电压受太阳电池端电压制约，V0并不能准确的反映蓄电池的容量。
这突出表现为当系统所处温度较高时，由于太阳电池板和蓄电池的端电压均受温度影响严重，太阳电池板端电压随温度升高而降低，而蓄电池端电压则刚好相反，容易出现蓄电池容量未满却巳不能充入的现象（常称之为“虚满”）。
这在很大程度上影响了蓄电池容量检测的准确性，进而阻碍了整个系统的正常工作，造成能源的极大浪费。
阶梯式充放电模式不能实现涓流充电，造成了能源的极大浪费，使得本来效率就不高的光伏系统性价比更低。
这些问题可以通过相对高端智能型的太阳能光伏充放电控制器来改进效率。
太阳能光伏控制器根据控制电路的复杂程度不同，又可分为简易型控制器和智能型控制器。
简易型控制器如最简单的就是太阳能路灯或草坪灯控制器，其电路非常简单。
图5.6为一款太阳能草坪灯电路图。
如图所示，该电路图中无任何集成电路器件，全部用分立元件构成，但可以良好地控制太阳能草坪灯。
其中BT1为太阳电池组件，R4光敏电阻，当夜晚或无光照时呈现高阻特性，使VQ4通，从而使草坪灯发光。
通过简单的分立元件电路可实现草坪灯自动控制的功能。
智能型光伏控制器可以根据光伏系统的实际需要来选择智能化程度。
目前市面上生产光伏控制器的公司比较多，如南京格海、合肥阳光、SokiOne等生产的控制器。
其中性能较好的有PHOCOS公司生产的PL系列光伏控制器，其性能良好，智能化程度较高。
图5.7所示为其原理框图：由图可见，其不但包括相关保护电路，还配备液晶显示、串行数据接口等丰富外围接口。
光伏控制器按电路方式的不同还可分旁路型、串联型、外观调制型等，在此不一一加以介绍。
目前市场上太阳能光伏控制器的种类繁多，其厂家生产的控制器接口及其内部电路结构各不相同，所以在光伏系统设计时应根据系统设计的需求选择相应的控制器。
当设计规格难以满足时，用户也可以自行根据要求设计光伏控制器。
太阳能光伏控制器的一个重要作用是充放电调节。
各类光伏控制器的功能各不相同，但一般光伏控制器应具有以下基本功能。
1. 防止蓄电池过充2. 防止蓄电池过放3．提供负载控制的功能4. 光伏控制器工作状态信息显示5. 防雷功能6. 防反接功能这些功能在一般的光伏系统中都要用到，光伏控制器设计吋应必须考虑到这些功能，设计时还可根据需求设计带有数据传输接口或是信息化显示或联网控制等功能。
国家为了规范光伏控制器市场，在国标中规定了控制器的相关技术参数如下：1. 充满断开（HVD）和恢复功能：当蓄电池充满时，要求控制器具有输入充满断开和恢复接通的功能。
标准设计的蓄电池值为：12V；则充满断开和恢复连接电压参考值：启动型铅酸电池充满断开为：15.0V〜15.2V；恢复连接为：13.7V。
固定型铅酸电池充满断开为：14.8V〜15.0V；恢复连接为：13.7V。
密封型铅酸电池充满断开为：14.1V〜14.5V；恢复连接为：13.2V。
2. 温度补偿：实际考虑光伏发电系统环境及蓄电池的工作温度特性，由于蓄电池在充电过程中，再化合反应产生大量热不易散出，就会导致电池温升过高，电解液干涸，造成电池的热失控。
所以光伏控制器应具备温度补偿功能，温度补偿功能主要是在不同的工作环境温度下，对蓄电池设置更为合理的充电电压，防止过充电或欠充电状态而造成电池充放电容量过早下降甚至过早报废。
标准规定了温度系数在-3~7mV/℃。
3. 空载损耗（静态电流）光伏控制器生产后其内阻为定值为了降低控制器的损耗，提髙光伏电源的转换效率，控制器的静态电流应尽量低。
所以标准中规定了控制器最大自身耗电不应超过其额定充电电流的1%。
4. 充、放电回路电压降为了降低控制器的损耗，还应对控制器充电或放电的电压降提出要求。
在标准中规定了控制器充电或放电的电压降不应超过系统额定电压的5%。
对选购控制器的相关技术要求，可用相应方法对参数进行检测。
在对控制器充满断开和恢复功能进行检测中，对开关型控制器和脉冲调制型控制器的检测方法有所区别，因为脉冲调制型开关控制器在充电回路中没有特定的恢复点。
开关型控制器检测方法如图5.8所示，用直流稳压电压接到蓄电池接线端，用来模拟蓄电池电压。
调整稳压电源电压到充满点电压时，控制器应能断开充电回路；当降低直流稳压电源电压到恢复点电压时，控制器又能自动接通充电回路，说明控制器充满断开和恢复功能无故障。
脉宽调制型控制器检测方法如图5.9所示，用直流电源代替太阳电池方阵经过控制器给蓄电池充电，当蓄电池电压向充满点电压变化时，充电电流应慢慢变小直至最后接近为零（此时蓄电池电压达到充满值）。
当蓄电池放电后电压由充满点下降时，充电电流应逐渐增大。
对温度补偿测试相对较为简单，只需将温度传感器放入恒温箱内，充满断开点随温度的变化而改变，将其变化规律作出一条曲线，该曲线的斜率应符合温度系统每节电池-3~7mV/℃的要求。