1.2 逆变器的基本知识
电力电子变换电路中，将交流电经整流变换成直流的电路称为稳压电路，而将直流电能变换成交流电能的电路称为逆变电路，逆变器就是将直流电能变换为交流电能的设备。
1.2.1 逆变器的基本概念
通常，把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桥或整流器。与之相对应，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器或逆变电源。通俗地讲，逆变器是一种将直流电（光伏输出、电池、蓄电池等）转化为交流电（中国为220V、50Hz的正弦波）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。逆变器根据发电源的不同，分为煤电逆变器、太阳能逆变器、风能逆变器、氢能逆变器和核能逆变器等，广泛适用于空调器、电视机、电动工具、计算机、洗衣机、冰箱和照明灯具等。
现代逆变技术是研究逆变电路技术和应用的一门科学技术，它是建立在电力电子技术、功率半导体器件技术、控制技术、变流技术、脉宽调制（PWM）技术等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三大部分。
1.2.2 光伏逆变器的分类
光伏逆变器是逆变器的一个重要分支，是特别为光伏发电系统设计的逆变器，符合光伏发电的标准。同时，由于光伏逆变器与光伏模块的工作连接十分紧密，通常将光伏控制器与逆变器组合成为光伏控制与逆变一体机。通常有以下几种分类方式：
1.按功能用途分类
光伏逆变器可分为离网型（独立式）光伏逆变器和并网型光伏逆变器两大类。并网光伏系统中的逆变器，直接与公共电网相连接，具有将光伏系统产生的电能输送到电网的功能，相对于独立式逆变器，技术上要求更高、控制算法更加复杂。并网光伏逆变器的主要功能有：
1）将光伏模块产生的直流电转换为符合电网标准的交流电。
2）具有光伏模块最大功率点跟踪（MPPT）功能。
3）具有工作状态监控和记录（数据的显示、存储和传送）功能。
4）具有电路保护（欠电压保护、过电压保护、过电流保护、过载保护、短路保护、反接保护、防雷保护、过温保护）。
5）具有预防孤岛效应的能力。
2.按是否隔离分类
根据光伏模块是否与市电隔离，并网逆变器又分为带变压器和不带变压器两大类。带变压器的称为隔离型逆变器，又分为带工频变压器的隔离型逆变器和带高频变压器的隔离型逆变器。而不带隔离变压器的逆变器，通常称为高频逆变器或无隔离型逆变器。带隔离变压器的逆变器，可以使光伏模块与市电隔离，以避免人接触光伏电池板时产生的安全隐患。图1-1为三种类型电路的电路结构示意图。
图1-1 三种类型逆变器结构图
a)工频隔离型 b)高频隔离型 c)非隔离型
3.按输出相数分类
按输出相数分类，光伏逆变器可以分为单相逆变器和三相逆变器。单相逆变器转换出的交流电压就是单相，即AC 220V；三相逆变器转换出的交流电压就是三相，即AC 380V。
4.根据逆变器使用的半导体器件类型分类
根据逆变器使用的半导体器件类型分类，可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及门极关断晶闸管逆变器等。
5.根据逆变器电路原理分类
根据逆变器使用的半导体器件类型，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。
6.按系统形式分类
按系统形式分类，光伏逆变器可分为组串式、集中式以及微型逆变器三类。
组串式逆变器（String Inverter）是指光伏器件通过串联构成光伏阵列给光伏发电系统提供能量，优点是可以避免并联模块因电压跌落造成系统不能工作的缺点，组串式逆变器通常功率在10kW以下，如图1-2a所示。
集中式逆变器（Central Inverter）是光伏发电系统最早采用的逆变器形式，如图1-2b所示。在该系统中所有的光伏模块通过串、并联构成一个光伏阵列，该阵列的能量通过一个逆变器集中转换为交流电，因此称为集中式逆变器，其结构框图如图1-3所示。集中式逆变器的优点是输出功率可达到MW级，单位发电成本低，因而主要用于光伏电站等功率较大的场合。但光伏器件的这种串、并联连接方式容易带来以下缺点：
图1-2 组串式逆变器和集中式逆变器
a)组串式逆变器 b)集中式逆变器
图1-3 集中式逆变器的框图
1）同一阵列中光伏器件不仅受串联模块特性的相互影响，也受并联模块之间特性的相互影响，因此会影响光伏器件的输出功率，使得该类逆变器对光伏器件的利用率低于其他方式。
2）光伏阵列中某一个组件被阴影覆盖时，该组件不仅不能输出功率，还会成为系统的负载，引起该组件的发热，甚至损坏。
近年来，直接与单个光伏面板相连接的微型逆变器（Micro Inverter，MI）越来越被市场所接受。每个微型逆变器与光伏阵列中的单一一块光伏模块相连，使得最大功率点跟踪可以在单个光伏模块的层次完成，使得阴影效应等影响光伏面板效率的问题得到最大程度的减弱，使每块光伏模块的发电效率达到最佳，提高了整个光伏发电系统的发电效率。图1-4为微型逆变器的典型电路。
1.2.3 光伏逆变器的参数
光伏逆变器的参数主要包括工作参数和与光伏发电功能相关的参数。下面介绍一些比较重要的参数及其意义。
1.输出电压的稳定度
在光伏系统中，光伏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，如标称电压为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.总谐波畸变率
总谐波畸变率（Total Harmonic Distortion，THD）是指全部谐波分量有效值与基波分量有效值之比，用百分数表示。THD一般指的是以2次到39次谐波总量与基波的百分比，再高次的谐波因绝对值太小而忽略不计。
电网中电压和电流最理想的波形是正弦波。谐波含量越大，总谐波畸变率就越高，电压或电流的波形就越不像正弦波。谐波含量大容易损坏电器设备，也使得电磁干扰更为严重，因而光伏并网逆变器的总谐波畸变率需要达到国家规定的标准。
3.功率因数
交流电路中，电压与电流之间的相位差（ϕ）的余弦叫作功率因数（Power Factor，PF），用符号cosϕ表示。在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值。
由于光伏逆变器是通过开关电路实现直流到交流的转换的，所以光伏逆变器的输出中存在有功功率和无功功率，因此在设计光伏逆变器时应尽量减少无功功率，从而提高光伏逆变器的功率因数。
4.逆变器的效率
逆变器的效率是指在规定的工作条件下，其输出功率与输入功率之比，用百分数表示，一般情况下，光伏逆变器的标称效率是指纯阻性负载时，在80%负载情况下的效率。由于光伏电池的成本较高，因此应该最大限度地提高光伏逆变器的效率，降低系统成本，提高光伏系统的性价比。目前主流逆变器标称效率在80%～95%之间，对小功率逆变器要求其效率不低于85%。在光伏系统实际设计过程中，不但要选择高效率的逆变器，同时还应通过系统合理配置，尽量使光伏系统负载工作在最佳效率点附近。
5.额定输出电流
额定输出电流表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量，其单位以V·A或kV·A表示。逆变器的额定容量是当输出功率因数为1（即纯阻性负载）时，额定输出电压与额定输出电流的乘积。
图1-4 微型逆变器的典型电路图
6.保护措施
一款性能优良的逆变器，应具备完备的保护功能或措施，以应对实际使用过程中出现的各种异常情况，使逆变器本身及系统其他部件免受损伤。
1）输入欠电压保护。当输入端电压低于额定电压的85%时，逆变器应有保护和显示。
2）输入过电压保护。当输入端电压高于额定电压的130%时，逆变器应有保护和显示。
3）过电流保护。逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。当工作电流超过额定的150%时，逆变器应能自动保护。
4）输出短路保护。逆变器短路保护动作时间应不超过0.5s。
5）输入反接保护。当输入端正、负极接反时，逆变器应有防护功能和显示。
6）防雷保护。逆变器应有防雷保护。
7）过温保护等。
另外，对无电压稳定措施的逆变器，还应有输出过电压防护措施，以使负载免受过电压的损害。
7.最大功率点跟踪
最大功率点跟踪（Maxim Power Point Tracking，MPPT）是通过寻找光伏模块输出功率最大时对应的电压值，使得光伏模块在最高的转换效率下工作。由于太阳光照射到地球表面的光强度是随时间而变动的，所以光伏电池板产生的功率是变化的。要使光伏电池板发电效率最大化，就必须不断地变化光伏电池板的输出电压，从而找到其峰值功率点。
涉及MPPT的参数有MPPT电压范围和MPPT精度，MPPT电压范围指MPPT系统可以扫描的电压范围区间，MPPT精度指最大功率点的准确程度。