中心議題：

• 並網光伏逆變器的基本設計
• 無隔離變壓器光伏逆變器的技術關鍵
• 光伏逆變器正常運行狀態下的漏電電流分析
• 光伏組件中的故障電流分析
• 進入交流電網的直流分量之分析

並網光伏逆變器的基本設計

無論采用何種技術，逆變器的基本設計都很明確
，且非常相似。其核心就是將直流電壓（光伏組件）轉換成交流電壓（可並網）的過程。在轉變的過程中
，不停地轉換直流電的正負極連接，從而形成方向變化的交流電。所以，逆變器的關鍵部件是橋接開關（晶體管元件
，見圖1a）），這個開關橋的一側連接輸入的直流電源，在另一側連接交流電網。在工作過程中，隻有兩個相對的開關可以同時關閉。

如(ru)果(guo)將(jiang)此(ci)開(kai)關(guan)橋(qiao)的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)設(she)置(zhi)成(cheng)與(yu)電(dian)網(wang)頻(pin)率(lv)相(xiang)同(tong)，則(ze)在(zai)理(li)論(lun)上(shang)可(ke)以(yi)將(jiang)橋(qiao)的(de)輸(shu)出(chu)側(ce)與(yu)電(dian)網(wang)連(lian)接(jie)。但(dan)是(shi)，由(you)於(yu)這(zhe)樣(yang)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)流(liu)是(shi)方(fang)波(bo)，且(qie)強(qiang)度(du)沒(mei)有(you)變(bian)化(hua)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)安(an)裝(zhuang)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)鐵(tie)芯(xin)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)，用(yong)以(yi)將(jiang)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)成(cheng)為(wei)正(zheng)弦(xian)波(bo)形(xing)狀(zhuang)。橋(qiao)的(de)斷(duan)開(kai)采(cai)用(yong)脈(mai)衝(chong)過(guo)程(cheng)進(jin)行(xing)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)與(yu)脈(mai)衝(chong)相(xiang)關(guan)的(de)較(jiao)小(xiao)電(dian)流(liu)分(fen)量(liang)。這(zhe)樣(yang)的(de)電(dian)流(liu)分(fen)量(liang)可(ke)以(yi)對(dui)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)。脈(mai)衝(chong)的(de)頻(pin)率(lv)一(yi)般(ban)為(wei)20KHz 
， 這樣就完全可以形成50Hz的電流
，見圖1b）。

對於光伏逆變器來說，還有一個非常重要的設備不能遺漏：輸入端的電容器，見圖1c ） 。電(dian)容(rong)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)儲(chu)存(cun)電(dian)能(neng)

，確(que)保(bao)來(lai)自(zi)發(fa)電(dian)側(ce)的(de)電(dian)流(liu)持(chi)續(xu)一(yi)致(zhi)供(gong)給(gei)橋(qiao)接(jie)開(kai)關(guan)，並(bing)通(tong)過(guo)與(yu)電(dian)網(wang)頻(pin)率(lv)同(tong)步(bu)變(bian)化(hua)的(de)橋(qiao)進(jin)入(ru)電(dian)網(wang)。隻(zhi)有(you)在(zai)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)容(rong)量(liang)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，才(cai)能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)持(chi)續(xu)、正常運行。

圖1：光伏逆變器的基本設計

圖2描miao述shu了le可ke用yong於yu直zhi接jie並bing網wang的de逆ni變bian器qi的de基ji本ben功gong能neng。但dan在zai實shi際ji應ying用yong中zhong
，輸shu入ru電dian壓ya的de範fan圍wei具ju有you一yi定ding的de局ju限xian性xing。對dui於yu並bing網wang發fa電dian應ying用yong，其qi輸shu入ru電dian壓ya必bi須xu在zai任ren何he時shi刻ke都dou高gao於yu電dian網wang的de峰feng值zhi電dian壓ya。當dang電dian網wang電dian壓ya的de有you效xiao值zhi為wei250V時，達到正常並網要求的發電源側的最低電壓應為354V。

圖2：最常用的逆變器電路圖表一覽

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與標準逆變器的基本設計不同，直接並網逆變器有很多方法來調整或提升輸入電壓範圍。常用的逆變器技術方案與結構都各不相同：

上麵提到的逆變器拓樸結構不僅在電氣隔離方麵不同，在可達到的效率、對(dui)電(dian)壓(ya)的(de)依(yi)賴(lai)性(xing)等(deng)方(fang)麵(mian)也(ye)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)。因(yin)此(ci)，沒(mei)有(you)統(tong)一(yi)的(de)公(gong)式(shi)來(lai)界(jie)定(ding)何(he)種(zhong)逆(ni)變(bian)器(qi)設(she)計(ji)是(shi)最(zui)優(you)秀(xiu)的(de)設(she)計(ji)
，用(yong)戶(hu)必(bi)須(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)到(dao)具(ju)體(ti)使(shi)用(yong)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)特(te)性(xing)。

無隔離變壓器光伏逆變器的技術關鍵

目前
，隻要光伏發電站設計合理，完全可以經濟運行。直接並入電網的無變壓器型逆變器因為其低成本
、高效率而日益受到重視。但是，該技術仍然被認為是“有問題的”。這一點將在下麵進行檢驗和說明。

變壓器將電能轉化成磁能，再將磁能轉化成電能。在輸入與輸出端之間安裝的電氣隔離裝置導致的能量損失可達到1%，甚至高達2%。因此，無變壓器型逆變器的運行效率要比變壓器型逆變器高。這種技術還有很多其它的優點
，例如材料消耗少
、重量輕等。

總而言之，無變壓器型逆變器相對體積較小、重量較輕
、jiageyebijiaobianyi
，zaihenduofangmiandoubibianyaqixingnibianqigengjuyoushi。suiranguangfufadianzhandeyunxingheanquanxingdoubuxuyaocaiyongdianqigelicuoshi，zaishejizhijiebingwangdenibianqishihaishiyinggaikaolvdaoyixiajigefangmian。

圖5：外觀相同，內部電路不同：變壓器型和無變壓器型兩種Sunny Boy效率特性。

正常運行狀態下的漏電電流

將來自光伏組件的電壓采用高頻率（20kHz）轉換過程中
，高頻電壓應等同於電網電壓峰值；zhexiedianyazainibianqineibubeirenweishiganrao，lvboqikeyizuduanzhexieganrao
，fangzhiqijinrudianwang。danzaililunshang，zuzhilaizifadiandianyuancedezhiliufenliangjinrujiaoliudianwangshibukenengjueduishixiande。
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這樣，根據所采用逆變器結構的不同，在交流輸出中也將存在不同的對地直流電壓分量。如果太陽能電池組和/或者其接線端對地存在交流電壓
，將產生“漏電電流”
，通過寄生電容流向電池組接地點。

圖6：Sunny Boy 2100TL逆變器光伏電池組對地電壓

圖7：Sunny Boy 5000TL HC多組串逆變器光伏電池組對地電壓

下麵我們以Sunny Boy 2100TL和Sunny Boy 5000TL HC兩種逆變器為例。如上圖所示。這兩種逆變器的運行會在其電子部分產生與時間相關的電勢，它們的光伏組件對地電壓也不相同。Sunny Boy 2100TL采用H型橋結構
，加在光伏組件上的電壓為電網電壓有效值的一半。

多組串逆變器SB5000TL HC則采用電容半橋結構。橋的中線直接連接在電網的中線上。這樣的結果就是產生的對地電壓隻是50Hz的低電壓值
，其分量隻是電網電壓很小的一部分，隻相當於變壓器拓撲結構中的電壓紋波量。

chuledianwangdianyatishengfangmiandekaolv，loudiandianliudedaxiaohaiqujueyuguangfuzujianjishengdianrongdedaxiao，gaidianrongzhidaxiaoyudianchimianjijizujianyubiankuangzhijiandejulixiangguan。yinci，guanyuloudiandianliuqingkuang，yinggaizaishejixitongshijiuzaixikaolvnibianqidejiegouheguangfuzujianchicun。mianjiyueda
、電dian池chi與yu光guang伏fu組zu件jian邊bian框kuang之zhi間jian的de距ju離li越yue小xiao，產chan生sheng的de漏lou電dian電dian流liu就jiu越yue大da。無wu邊bian框kuang結jie構gou光guang伏fu組zu件jian的de漏lou電dian電dian流liu值zhi很hen低di。然ran而er，安an裝zhuang在zai不bu鏽xiu鋼gang箔bo上shang的de非fei晶jing電dian池chi會hui產chan生sheng很hen大da的de漏lou電dian電dian流liu。

外部條件也會對漏電電流產生影響，因此不可避免會產生一定的波動。如果沉澱物或者清潔液弄濕了光伏組件
，漏電電流就會增加
；這些液體中的電子物質成分縮短電池與電池間的距離
，造成漏電電流升高。

總之
，光伏組件在運行時的漏電電流（正常情況下）取決於很多運行條件，沒有定值來衡量。以H型橋逆變器（如Sunny Boy 2100TL）為例，在運行過程中光伏組件的漏電電流值在1-30mA/KWp範圍內。

光伏組件中的故障電流

zaibingwangyingyongdeguangfudianzhanzhong，zhinengshiyongdianchipianyubiankuangyoukekaojueyuandeguangfuzujian。zujianyaojuyoushuangbeihuochaoqiangdejueyuancuoshi，bingqieyaochongfenkaolvguangfuzujiandexitongnaiyaxing，yibaozhengjishizaiguangfuxitongyunxingzhuangtaixiayekeyichumozujianbiaomian，buhuizaochengweixian。muqian，suoyoudeguangfuzujiankeyidadaoⅡ級防護
，在選擇時並沒有太嚴格的限製。

如上所述， duiyuwubianyaqixingnibianqi
，zaiyunxingshiguangfuzujianshangdedianyakeyishidiejialejiaoliudianwangdetongbudianyazhi。dangchumozujianbiaomianshi，kenenghuichanshengduidideguzhangdianliu。ruguozujiandejueyuanzugouhao，yibanlaishuohennanyouzheyangdedianliuchansheng。danshi，guzhangdianliufangdiandeqiangduhuisuiyixietiaojiandebianhuaerzengjia，ruguangfudianchijulisuoduan（這種情況下透明玻璃或塑料板厚度減少）、接觸麵積增加等。比如：由you於yu清qing潔jie光guang伏fu組zu件jian的de液ye體ti中zhong含han有you導dao電dian物wu質zhi
，會hui造zao成cheng導dao電dian麵mian積ji擴kuo大da，從cong而er導dao致zhi意yi外wai的de故gu障zhang電dian流liu。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia雖sui然ran無wu法fa對dui危wei險xian電dian流liu預yu先xian檢jian測ce，但dan如ru果guo發fa生sheng意yi外wai會hui造zao成cheng一yi定ding的de危wei險xian。為wei了le避bi免mian由you此ci（類似突然從梯子上掉下來等）產生的安全隱患，也為了避免危險
，在建設光伏並網發電係統時
，用戶應該遵循以下步驟：

1）將光伏組件的邊框以及其他導電氣部分與接地線連接
2）在對係統進行維護或對光伏組件進行清理時
，斷開逆變器與電網的連接

有you了le這zhe些xie保bao護hu措cuo施shi，人ren員yuan安an全quan就jiu能neng夠gou得de到dao完wan全quan的de保bao障zhang。設she計ji精jing密mi的de無wu變bian壓ya器qi型xing逆ni變bian器qi還hai有you額e外wai的de保bao護hu
，即ji使shi超chao過guo電dian氣qi隔ge離li型xing逆ni變bian器qi要yao求qiu的de安an全quan標biao準zhun，也ye勿wu需xu擔dan心xin安an全quan問wen題ti。

在該類型逆變器中， 要對組件可能產生的DC或AC漏電電流進行持續監測
， 一旦產生故障電流（ 大於3 0mA） ， 逆ni變bian器qi立li即ji斷duan開kai與yu電dian網wang的de連lian接jie。然ran而er
，現xian實shi應ying用yong中zhong對dui故gu障zhang電dian流liu的de監jian測ce比bi簡jian單dan監jian測ce漏lou電dian電dian流liu大da小xiao更geng為wei複fu雜za。漏lou電dian電dian流liu在zai係xi統tong運yun行xing狀zhuang態tai下xia是shi隨sui時shi變bian化hua的de，在zai並bing網wang之zhi前qian無wu從cong得de知zhi當dang前qian的de數shu值zhi。因yin此ci，在zai每mei次ci逆ni變bian器qi接jie入ru電dian網wang前qian，會hui檢jian測ce光guang伏fu組zu件jian的de絕jue緣yuan電dian阻zu。隻zhi有you當dang絕jue緣yuan電dian阻zu超chao過guo要yao求qiu的de電dian阻zu值zhi（ 大於1M歐姆）時shi
，才cai能neng證zheng明ming沒mei有you故gu障zhang電dian流liu注zhu入ru電dian網wang，這zhe時shi可ke以yi連lian接jie電dian網wang。因yin此ci
，識shi別bie故gu障zhang電dian流liu不bu僅jin通tong過guo監jian測ce漏lou電dian電dian流liu的de增zeng加jia，還hai要yao通tong過guo測ce量liang電dian流liu的de變bian化hua率lv來lai獲huo知zhi。所suo有you故gu障zhang電dian流liu監jian控kong裝zhuang置zhi都dou必bi須xu具ju有you漏lou電dian電dian流liu檢jian測ce功gong能neng（雙重的）

，各監測係統必須能夠獨立識別故障電流。這樣
，人身安全就會得到更多的保障。RCD保護在調試之後很少或者根本不需要再進行人工測試
，但上述保護措施遠比一般的RCD保護更有效。
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進入交流電網的直流分量

直接與電網並接，通常會導致直流電直接進入交流電網。該直流電成分會影響電網上的設備（ 局域電網變壓器） 的正常運行和RCDdegongzuotexing，tongshihuishiyudianwangbingjiedeyongdianqizhongdebianyaqifashengneihao，chanshengcibaohe，erzhebingbushiyongdianqisuoyaoqiudeshiyonghuanjing。suiranzhezhongqingkuangbuyidinghuisunhuaishebei，dankeyiyinfaqidongdianwangzhongfangzhizhiliuchengfendebaohushebeigongzuo。suoyi，lilunshangbingwangxingnibianqidoushezhiyoufangzhizhiliudianjinrudianwangdeyufangcuoshi（通過50Hz變壓器或電容器進入電網）。

還hai有you一yi點dian非fei常chang重zhong要yao
，即ji逆ni變bian器qi向xiang電dian網wang送song入ru直zhi流liu電dian的de能neng力li不bu僅jin僅jin取qu決jue於yu是shi否fou存cun在zai隔ge離li變bian壓ya器qi。而er與yu電dian容rong器qi相xiang結jie合he，變bian壓ya器qi隻zhi是shi可ke以yi在zai電dian氣qi隔ge離li的de情qing況kuang下xia傳chuan輸shu功gong率lv。事shi實shi上shang

，我wo們men關guan心xin的de是shi電dian路lu中zhong的de電dian氣qi部bu件jian向xiang電dian網wang輸shu入ru直zhi流liu電dian流liu的de能neng力li。對dui於yu直zhi接jie與yu電dian網wang連lian接jie的de高gao頻pin變bian壓ya器qi型xing逆ni變bian器qi，普pu通tong的de逆ni變bian橋qiao無wu論lun是shi否fou有you變bian壓ya器qi
，都dou能neng夠gou向xiang電dian網wang輸shu送song直zhi流liu電dian流liu。

對於SMA逆變器，電容是橋的一部分。變壓器型逆變器的變壓器設置在橋的電網側
，從而隻能向電網提供交流電流（如Sunny Boy 5000TLHC和所有變壓器型逆變器）。

即(ji)使(shi)逆(ni)變(bian)橋(qiao)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，也(ye)不(bu)可(ke)能(neng)向(xiang)電(dian)網(wang)繼(ji)續(xu)送(song)入(ru)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)。原(yuan)因(yin)是(shi)逆(ni)變(bian)器(qi)中(zhong)串(chuan)連(lian)的(de)兩(liang)個(ge)雙(shuang)極(ji)繼(ji)電(dian)器(qi)會(hui)在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)切(qie)斷(duan)與(yu)電(dian)網(wang)的(de)連(lian)接(jie)，該(gai)方(fang)案(an)應(ying)用(yong)於(yu)所(suo)有(you)SMA無變壓器型逆變器。假設繼電器失效，橋的短路會造成過流發生

，逆變器中的過載保護（過載開關）仍會啟動，並切斷與電網的連接。

結論

caiyongwugelibianyaqixingnibianqideguangfudianzhan，juyoufadianlianghengaodeyoudian。jiuanquaneryan，wanquankeyiyucaiyongwulidianqigelizhuangzhidefadianzhanxiangpimei。youyuneibucaiyonglewanshanderenyuanbaohuzhuangzhi
，gaizhuangzhidequdongyoulaizijuyouzidongjianceloudiandianliugongnengdexitongwancheng，baohunengligengjialixiang。zaishejiguangfudianzhanshi，yaochongfenkaolvruxiajidian：

• 選用絕緣好的光伏組件和電纜（Ⅱ級保護）
• 將光伏組件和/或者光伏組件邊框與接地連接
• 選用具有完善故障電流檢測、監控的無變壓器型逆變器
• 注意電容與電網連接時
  ，需監測送入電網的直流分量
• 當需要在電源接點進行故障電流檢測時
  ，應注意組件運行時的漏電電流（如設置漏電電流監測值為100mA或更高）
• 在對光伏發電站進行維修時
  ，要斷開逆變器

由於光伏發電站投資回收周期主要取決於發電量，可見逆變器的轉換效率尤為重要。鑒於SMA係統的條件優勢
，無變壓器型逆變器將在光伏市場的競爭中占有更加重要的地位。