光伏并網逆變器
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
光伏并網逆變器的實例教程
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現在光伏并網發電越來越普及，尋常的百姓家也能實時見到光伏電站的身影了。然而，對老百姓來講，對光伏并網系統尤其是并網逆變器仍然沒有像對電視冰箱那樣的熟悉就，甚至連一些安裝公司的技術人員都還不能做到對逆變器常見故障的果斷迅速排查。
因此，當逆變器反饋出一些系統故障信息時，大家就會顯得束手無策了。因此了解解決逆變器故障的小竅門，是確保逆變器正常工作的重要條件。
從原理上來講，光伏逆變器自身是不會產生電壓的，逆變器顯示的電壓一部分來自光伏組件，叫做直流電壓，另一部分來自電網叫做交流電壓。如果 “并網逆變器顯示交流過壓問題”時該怎么處理。
根據相關規定，光伏并網逆變器必須在規定的電網電壓范圍內工作，能夠實時監測且與電網電壓同步，當逆變器檢測到電網電壓(交流電壓)超出規定的范圍時，那逆變器就必須跳脫停止工作，為的是確保設備安全及保護操作人員的人身安全。
根據多年來的“臨床經驗”，當逆變器出現交流過壓時無非以下三種情況：
情況一：并網距離太遠，導致電壓抬高
并網逆變器到電網并網點距離太遠，會導致逆變器交流端子側的電壓差增大，超過逆變器規定并網電壓范圍時，逆變器就會顯示電網過壓。另外，逆變器到并網點所使用的線纜太長、太細、出現纏繞或者材質不合規等情況，都會導致逆變器交流端電壓差增大，因此線纜選擇與合理布局使用就特別重要。
針對這種情況首先要排查并網距離是否過長，最好能選擇就近并網的方案;其次檢查線纜分布及線纜質量，選擇合理布線方式及合格交流電纜。
情況二：多臺逆變器集中一個接入點
國內光伏發電其實興起時間并不長，供電局在選擇逆變器并網時經驗不是很多，而且有時候會顯得不專業或者欠考慮。經常出現的情況就是，將多臺單相逆變器接到同一相上，這樣就很容易導致電網電壓不平衡，而且電網電壓抬高，自然造成并網電壓過高。
展開 根據光伏箱式逆變器的輸入條件及指標要求，確定側面與底部進風、上出風的通風散熱方案，運用CFD仿真軟件ansys icepak對集裝箱在某地區夏季的最高氣溫等特定條件下的流場、溫度場仿真分析。通過分析流場、溫度，集裝箱方案設計滿足系統使用要求，并且從中摸索出一些關于風道、風機的設計依據。
光伏箱式逆變器是將光伏并網發電系統所需的交直流配電、逆變和監控通訊等設備集中安裝在一個特種封閉集裝箱內，完成光伏發電系統的并網控制、數據采集和遠程傳輸功能的裝置。光伏箱式逆變器因其成本低、安裝調試簡單、外形美觀、適應復雜環境能力強而廣泛應用，其結構如圖1所示。
光伏并網逆變器中發揮重要作用的主功率模塊
IGBT的熱耗是最大的，約10﹪的有功功率轉化為耗散功率，尤其是在集裝箱內這種多臺設備緊湊布置且空間相對狹小的環境中這部分熱量會使
IGBT模塊中的二極管芯結溫升高，系統可靠性降低，甚至導致設備停機或燒毀。因此應對集裝箱及逆變器采取良好的通風散熱措施，即使是在西北夏季最高氣溫下也能使集裝箱內溫度保持在適宜的范圍內。
1、理論基礎及仿真
集裝箱內逆變器、直流柜、通訊柜采用雙排布置模式，配電箱壁掛在集裝箱墻壁上，集裝箱采用底進風上出風的強制風冷散熱模式。
光伏箱式逆變器的物理模型參數說明如下：
1）環境溫度為某地區七月份最高氣溫45℃，大氣壓909hPa，氣流狀態為紊流，系統求解的迭代次數為200次。
2）集裝箱尺寸為長4000mm×寬2700mm×高 2896 mm，逆變器 IGBT模塊360mm×215mm×152 mm，電抗器652mm×658mm×400mm。由于功耗器件集成度較高，且主要熱源IGBT熱耗分布較均勻，工程仿真熱模型采用均勻體積熱源等效實際熱源。
展開 在夏天運行的逆變器，外殼溫度比較高觸碰會有燙手的感覺。那么逆變器外殼是熱好還是不熱好？以及為什么外殼會有燙手的感覺？下面就針對這個兩問題結合逆變器散熱來做一些分析和解答。
一、常見金屬導熱系數及散熱器材料選擇
銀導熱性最好，銅、金次之，然后是鋁，而散熱器通常用鋁來制作主要因為：相較于金、銀、銅而言，鋁的重量輕、價格便宜而且耐腐蝕、利用加工設備可以制成各種復雜的形狀，能滿足電子電力行業對散熱器的諸多要求，因此被認為是制作散熱器的最佳材料。
二、熱傳導和熱均衡
逆變器中的元器件都有其額定工作溫度，如果逆變器散熱性能差，隨著逆變器持續工作，元器件的熱量傳遞不到外界，其溫度就會越來越高。溫度過高會降低元器件性能和壽命，為了保持逆變器內部元器件工作溫度在額定溫度范圍內，保證其效能和使用壽命，就需要導熱材料把逆變器內部熱量傳遞出來。
從熱傳導角度來講，逆變器內外溫度越均衡，即內部發熱元器件和散熱器、外殼溫度越接近，其熱能傳導性越好。如果逆變器外冷內熱，意味著逆變器散熱性能不優。
這就類似保溫杯與普通水杯的關系。裝有相同溫度熱水的杯子，普通杯比保溫杯散熱快，杯壁也比保溫杯杯壁燙。這是因為保溫杯內外壁之間為真空，無導熱介質，因此外壁溫度低，內部熱量散不出去，達到保溫效果；普通杯的杯壁為單層，能較好的傳遞內部熱量，因此外壁發燙但降溫比保溫杯更快。
逆變器的散熱原理與單層杯散熱原理類似，能將逆變器內部元器件的熱量快速地傳遞出來，達到迅速降低逆變器內部元器件溫度的目的，逆變器提高工作和使用壽命。
由上可知良好的散熱性能對于逆變器十分重要，下面就具體講解逆變器發熱和散熱的基本原理。
三、逆變器散熱和散熱設計
1、電路中，有源元器件只要通上電流就會有熱量產生。
展開 本文涉及的IGBT散熱器優化方案就是通過Command Center模塊實現的。
以上介紹了Flotherm的仿真原理，對于一個實際換熱問題， 借助flotherm實現仿真的前提需獲取物理模型參數，例如模型外形尺寸，關鍵器件尺寸，熱耗分布，接觸熱阻，材料屬性等等。
2.1 物理模型
下面對小功率光伏逆變器的物理模型參數作如下說明：
（1）邊界條件：環境溫度為60℃，標準大氣壓。氣流狀態為紊流，系統求解域定義為箱體體積的36倍。系統求解的迭代次數設為500次。
（2）主要尺寸參數：機箱的幾何尺寸為750×540×380mm，IGBT模塊熱源尺寸31.5×68.4×10mm，電抗器的尺寸為71×71×25mm。
（3）材料參數：本系統共涉及五種材料Steel（Mild），Copper（Pure），Aluminum-6061，Silicon Carbide（Typical），Typical ChipArray。其結構模型如圖1所示：
圖1 小功率光伏逆變器結構模型
小功率光伏逆變器主要由直流輸入模塊、升壓模塊、逆變模塊和交流輸出模塊組成。主要熱耗點分布于圖1所示的升壓和逆變PCB下端的A、B、C、D、E五個IGBT模塊以及位于機箱背部編號為1~7的七個電感。箱體中各單板或模塊上所有功耗器件的型號、熱耗、最大殼溫等參數見表1。
表1 關鍵功耗器件熱參數
關鍵功耗器件
熱耗（W）
允許Tcmax（℃）殼溫
M._A~M._C
108W
135℃
M._D~M.
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2.系統結構設計
在光伏發電系統設計中，系統結構設計是非常重要的一步，其中包括光伏陣列、并網逆變器、匯流箱等組成部分的選型、布置，以及配電方案的制定等。需要考慮的因素包括系統整體功率、投資成本、電網接口能力、故障排除能力等多個方面。
3.組件選型
光伏發電系統設計中，組件的選型是關鍵的一步。
（2）逆變器
光伏并網逆變器是一種將直流電轉換為交流電的電子器件，可以將光伏（PV）太陽能板產生的可變直流電壓轉換為市電頻率交流電（AC）的逆變器，可以反饋回商用輸電系統，或是供離網的電網使用。光伏逆變器是光伏陣列系統中重要的系統平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供電的設備使用。太陽能逆變器有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點追蹤及孤島效應保護的機能。
在夏天運行的逆變器，外殼溫度比較高觸碰會有燙手的感覺。那么逆變器外殼是熱好還是不熱好？以及為什么外殼會有燙手的感覺？下面就針對這個兩問題結合逆變器散熱來做一些分析和解答。
一、常見金屬導熱系數及散熱器材料選擇
銀導熱性最好，銅、金次之，然后是鋁，而散熱器通常用鋁來制作主要因為：相較于金、銀、銅而言，鋁的重量輕、價格便宜而且耐腐蝕、利用加工設備可以制成各種復雜的形狀，能滿足電子電力行業對散熱器的諸多要求
光伏系統由光伏陣列和并網逆變器組成，蓄電池系統由蓄電池組和雙向逆變器組成。這兩個系統既可以獨立運行，互不干擾，也可以脫離大電網組成一個微網系統。
基于Flotherm分析的光伏逆變器的散熱設計
楊雄鵬1，周曉東2，陳長安2，蔡蕭3
（1西安交通大學，陜西西安 710049；2特變電工西安電氣科技有限公司，陜西西安 710065）
摘要：在電力電子設備小型化的趨勢下，有限空間的散熱設計成為產品可靠性設計的關鍵瓶頸。本文以小功率光伏逆變器的散熱設計為例，首先提出了Flotherm軟件仿真的基本思想和基本理論，介紹了散熱器優化設計和整機系統熱仿真分析
此文為本人原創，首發于2014年8月安世亞太公眾號。個人公眾號(贏仿設計，二維碼在文末)亦有轉載。
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[ 摘 要 ] 本文以獲得最優的整機結構布局為目標，采用ICEPAK軟件對若干型號的光伏逆變器進行了熱設計。首先介紹了相變導熱墊片在光伏逆變器散熱方案中的應用，根據熱仿真結果證實了比原始方案“陶瓷墊片
根據相關規定，光伏并網逆變器必須在規定的電網電壓范圍內工作，能夠實時監測且與電網電壓同步，當逆變器檢測到電網電壓(交流電壓)超出規定的范圍時，那逆變器就必須跳脫停止工作，為的是確保設備安全及保護操作人員的人身安全。
光伏箱式逆變器是將光伏并網發電系統所需的交直流配電、逆變和監控通訊等設備集中安裝在一個特種封閉集裝箱內，完成光伏發電系統的并網控制、數據采集和遠程傳輸功能的裝置。光伏箱式逆變器因其成本低、安裝調試簡單、外形美觀、適應復雜環境能力強而廣泛應用，其結構如圖1所示。
