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光伏发电系统中逆变器的介绍

一、逆变器的概念

通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流

电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交

流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为

逆变设备或逆变器。

现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、

半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（ＰＷＭ）

技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路

和逆变控制技术３大部分。

二、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ｋ

Ｈｚ；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。

三、逆变器的基本结构

逆变器的直接功能是将直流电能变换成为交流电能
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。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可

能通过改变一个电压信号来调节。产生和调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。

逆变装置的基本结构，除上述的逆变电路和控制电路外，还有保护电路、输出电路、输入电

路、输出电路等，如图２所示。

四、逆变器的工作原理

１．全控型逆变器工作原理：图３所示，为通常使用的单相输出的全桥逆变主电路，图

中，交流元件采用ＩＧＢＴ管Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４。并由ＰＷＭ脉宽调制控制

ＩＧＢＴ管的导通或截止。

当逆变器电路接上直流电源后，先由Ｑ１１、Ｑ１４导通，Ｑ１、Ｑ１３截止，则电流

由直流电源正极输出，经Ｑ１１、Ｌ或感、变压器初级线圈图１－２，到Ｑ１４回到电源负

极。当Ｑ１１、Ｑ１４截止后，Ｑ１２、Ｑ１３导通，电流从电源正极经Ｑ１３、变压器初

级线圈２－１电感到Ｑ１２回到电源负极。此时，在变压器初级线圈上，已形成正负交变方

波，利用高频ＰＷＭ控制，两对ＩＧＢＴ管交替重复，在变压器上产生交流电压。由于ＬＣ

交流滤波器作用，使输出端形成正弦波交流电压。

当Ｑ１１、Ｑ１４关断时，为了释放储存能量，在ＩＧＢＴ处并联二级管Ｄ１１、Ｄ１

２，使能量返回到直流电源中去。

２．半控型逆变器工作原理：半控型逆变器采用晶闸管元件。改进型并联逆变器的主电

路如图４所示。图中，Ｔｈ１、Ｔｈ２为交替工作的晶闸管，设Ｔｈ１先触发导通，则电流

通过变压器流经Ｔｈ１，同时由于变压器的感应作用，换向电容器Ｃ被充电到大的２倍的电

源电压。按着Ｔｈ２被触发导通，因Ｔｈ２的阳极加反向偏压，Ｔｈ１截止，返回阻断状态。
这样，Ｔｈ１与Ｔｈ２换流，然后电容器Ｃ又反极性充电。如此交替触发晶闸管，电流交替

流向变压器的初级，在变压器的次级得到交流电。

在电路中，电感Ｌ可以限制换向电容Ｃ的放电电流，延长放电时间，保证电路关断时间