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隨著我國光伏發電應用規模與范圍的不斷擴大，光電市場對逆變器的需求量迅速增加。與此同時，高質量、低成本的逆變器產品逐漸成為光電系統開發人員和廣大用戶所關注的問題。逆變器是電力電子技術的一個重要應用方面。電力電子技術是電力、電子、自動控制及半導體等多種技術相互滲透與有機結合的綜合技術。因此，逆變器所涉及的知識領域和技術內容十分廣泛。
而最近在快包平臺光伏逆變器的需求也是日益增多，如：光伏并網逆變器開發。雇主需要做一款光伏逆變器，要求功率為30KW，并能夠并網，尋找有實力的服務商來接單。為了給競標的服務商提供一些技術參考，小編從光伏發電系統應用的角度，對逆變器的基本工作原理、電路系統的構成作一簡要介紹。
近年來，隨著“小家電”產品的日益增多，愈來愈多的人在使用可充電電池，許多家庭都備有小型蓄電池充電器。充電器的核心部件是整流器，它的功能是將50周波的交流電整流成為直流電。逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉換為交流電。這種對應于整流的逆向過程，稱之為“逆變”。太陽電池在陽光照射下產生直流電，然而以直流電形式供電的系統有很大的局限性。例如：日光燈、電視機、電冰箱、電風扇等均不能直接用直流電源供電，絕大多數動力機械也是如此。此外，當供電系統需要升高電壓或降低電壓時，交流系統只需加一個變壓器即可，而在直流系統中升降壓技術與裝置就要復雜得多了。因此， 除特殊用戶外， 在光伏發電系統中都需要配備逆變器。逆變器還具有自動調壓或手動調壓功能，可改善光伏發電系統的供電質量。綜上所述，逆變器已成為光伏發電系統中不可缺少的重要配套設備。
光伏逆變器的設計原則和準備工作
光伏逆變器由電阻、電容、繼電器、接插件、半導體器件及集成電路等元器件組成的。系統的可靠性除取決于這些電子元器件的固有可靠性外，還與設計時元器件能否合理選用有關。
元器件的選用要遵循下述原則：
1)在元器件型號、規格眾多的情況下，應根據產品要實現的功能要求及環境條件，選用相應種類、型號規格及質量等級的元器件。
2)估算元器件使用時的應力情況，確定元器件的極限值，按降額設計技術，選用元器件。
3)根據產品要求的可靠性等級，選用與其適應的、符合生產許可證審查要求的A，B，C 級元器件。
4)設計產品時，盡量選用標準元器件，并使品種簡化，這是大型電子系統設計的一個重要原則，也是系統總體對部件及線路設計者提出的約束條件。
5)對非標準的元器件要進行嚴格的驗證，使用時要經過批準手續。
6)制定元器件選用手冊，規范元器件的選用和采購。
降額設計的依據
所謂降額設計，就是使元器件運用于比額定值低的應力狀態的一種設計技術。為了提高元器件的使用可靠性以及延長產品的壽命，必須有意識地降低施加在器件上的工作應力(如：電、熱、機械應力等)，降額的條件及降額的量值必須綜合確定，以保證電路既能可靠性地工作，又能保持其所需的性能。降額的措施也隨元器件類型的不同而有不同的規定，如電阻降額是降低其使用功率與額定功率之比;電容降額是使工作電壓低于額定電壓;半導體分立器件降額是使功耗低于額定值;接觸元件則必須降低張力、扭力、溫度和降低其它與特殊應用有關的限制。
降額的等級分為三個等級，分別稱I 級降額、II 級降額和III 級降額。
I 級降額是最大降額，超過它的更大降額，元器件的可靠性增長有限，而且使設計難以實現。I 級降額適用于下述情況：設備的失效將嚴重危害人員的生命安全，可能造成重大的經濟損失，導致工作任務的失敗，失敗后無法維修或維修在經濟上不合算等。
II 級降額指元器件在該范圍內降額時，設備的可靠性增長是急劇的，且設備設計較I 級降額易于實現。II 級降額適用于設備的失效會使工作水平降級或需支付不合理的維修費用等場合。
III 級降額指元器件在該范圍內降額時設備的可靠性增長效益最大，且在設備設計上實現困難最小，它適用于設備的失效對工作任務的完成影響小，不危及工作任務的完成或可迅速修復的情況。
降額應注意的問題
1)有些元器件的負荷應力是不能降額或者對最大降額有限制的，如電子管的燈絲電壓、繼電器線包的吸合電流是不能降額的，否則電子管的壽命要降低;
2)有些元器件降額到一定程度時卻得不到預期的降額效果。如薄膜電阻器的功率減額到10%以下時，一般二極管的反向電壓減額到最大反向電壓的60%以下時，失效率將不再下降;
3)有些類型電容器的降額可能發生低電平失效，即當電容器兩端電壓過低時呈現開路失效，也就是說，降額不但不能使失效率下降，反而會使失效率增高。
降額系數的選擇大部分是依靠試驗數據和根據元器件使用的環境因子來確定。確定降額系數的方法如下：
1)數學模型及基本失效率與溫度、降額系數之間的關系曲線;
2)減額曲線給出了為保證元器件可靠工作所選擇的降額系數與溫度之間的函數關系，當在該減額曲線上工作的半導體結溫達到其最高結溫時，其失效率仍然較高;
3)應用減額圖，即在減額曲線的下方，通過試驗找到一條半導體結溫較低的減額曲線;
4)各種元器件的減額因子參見國家標準。
功率開關管驅動電路設計
IGBT驅動電路的作用是將DSP發出的控制信號加以隔離并放大， 以驅動IGBT等功率器件，并檢測電路的電壓，防止因電路過壓， 短路而造成IGBT損壞，因此驅動電路應滿足以下要求：
(1)為了減少器件的損耗，驅動電路應保證器件充分導通和可靠關斷。 驅動電路與IGBT的連線要盡量短。
(2)保障驅動電路和主回路的電氣隔離，由于主回路是高電壓， 驅動控制電路是低電壓，所以要求驅動信號與主回路無電氣耦合。
(3)具有抗干擾能力，防止開關器件在各種外界干擾下的出現誤動作， 影響逆變器總的發電量，保證器件的高可靠的工作。
(4)具有可靠的保護能力，當主回路或驅動控制電路出現故障時 (如主電路過電流、過電壓和驅動電路欠電壓)， 驅動電路應迅速封鎖IGBT的PWM信號，關斷器件。 主要的保護功能有：過流檢測及保護，欠壓檢測及保護， 溫度檢測及保護。
IGBT驅動電路按功能可分三種類型：單功能型、多功能型、全功能型。
(1)單功能型驅動電路是由功率緩沖器和光耦構成，如HCLP-3150，
(2)多功能型的大功率IGBT驅動保護電路，如HCPL-316J、 M57962， VLA500-01等。
直流母線電容設計
太陽能組件輸出的連續的直流電流，逆變橋采用高頻PWM控制，輸出的是高頻脈沖電流，因此在逆變橋和太陽能組件之間，需要一個直流支撐電容，主要有以下幾個作用：
(1)和太陽能組件一起提供逆變器輸入電流;
(2)降低諧波電流進入電網;
(3)當機器在緊急情況下急停時，能吸收功率開關器件關斷下能量;
(4)在特殊工況下，能提供瞬時峰值功率;
(5)當逆變器受到電網瞬時峰值沖擊，能保護逆變器。
母線電容設計選型，要考慮的以下主要因素：電容器的額定電壓、電容器容量、電容器的紋波電流、電容器的安裝散熱方式，電容器的溫升和壽命等等
1)從紋波電流考慮，母線電容中的紋波電流一般取流過IGBT電流的0.65倍。所有電容的紋波電流之各要大于此值。
2)從能量的轉換考慮，一般要使電容組能提供0.5個周期的能量。
3) 電容的電壓要大于電流最高電壓
選擇IGBT時需要考慮額定電壓和額定電流是否在允許的范圍內：
耐電壓要求：IGBT在開通和關斷時，會在產生尖峰電壓，這個電壓要低于器件的耐壓值，否則器件將因電壓過高擊穿而損壞;本逆變器輸入電壓范圍是450VDC到820VDC，關斷時的峰值電壓為： UCESP (820×1.1+50)×α=1047V式中，IGBT的CE兩端承受的最高電壓是820V，1.1為IGBT電壓保護系數，α為安全系數，一般取1.1，50為L×(di/dt)引起的尖峰電壓。令UCES≥UCESP，并向上靠攏IGBT的實際電壓等級，取UCES=1200V。安全電流：IGBT工作過程中，峰值電流必須小于IGBT的額定電流。
光伏逆變器的設計要求
太陽能光伏發電系統目前主要用于無電或缺電的邊遠地區，作為獨立的電源給家用電器及照明設備供電。隨著電力緊張、環境污染等問題的日趨嚴重，與公用電網并網運行的太陽能發電系統已顯出越來越大的競爭力。光伏發電的并網運行，將省去獨立光伏系統中的貯能環節—蓄電池，從而大大減少了電站的維護。由于蓄電池的壽命較短，省去蓄電池后，發電系統的壽命可與太陽能電池的壽命相當。對于家庭住宅而言，配備光伏發電系統，可緩和白天電力緊張的局面，提高電網功率因素和降低線路損耗。光伏電站的并網發電，最終將取代常規能源發電。太陽能電池陣列通過正弦波脈寬調制逆變器向電網傳送電能，逆變器饋送給電網的電力由陣列功率和當時當地的日照條件決定。逆變器除了具有直流— 交流轉換功能外，還必須具有光伏陣列的最大功率跟蹤功能和各種保護功能。目前，電壓源型逆變器技術已日趨成熟，所需的硬件也容易購得。
