逆变器属于一大类静态转换器，其中包括当今许多设备。'能够“转变“输入电压、频率等电气参数，以产生与负载要求相兼容的输出。

一般来说，逆变器是将直流电转换为交流电的设备，在工业自动化和电机驱动领域应用广泛。尽管其核心功能（直流转交流）相同，但不同类型逆变器的架构和设计会根据具体应用而有所不同。

1.独立式和并网式逆变器

光伏应用中使用的逆变器历来分为两大类：

：独立式逆变器

：并网逆变器

独立式逆变器适用于光伏电站未并入主配电网的应用场景。该逆变器能够为连接的负载供电，并确保主要电气参数（电压和频率）的稳定性。这使得这些参数保持在预设范围内，并能承受瞬时过载情况。在这种情况下，逆变器通常与电池储能系统配合使用，以确保持续稳定的能源供应。

另一方面，并网逆变器能够与所连接的电网同步，因为在这种情况下，电压和频率是同步的。“强加“由主电网供电。这些逆变器必须能够在主电网发生故障时断开连接，以避免主电网反向供电，因为这可能造成严重危险。

图 1 - 独立系统和并网系统示例。图片由 Biblus 提供。

2.母线电容器的作用是什么？

逆变器的目的是将直流波形电压转换为交流信号，以便以给定的频率和较小的相位角将功率注入负载（例如电网）。φ ≈图 0 所示为单相单极性脉冲宽度调制 (PWM) 的简化电路。2 （同样的方案可以扩展到三相系统）。在该原理图中，光伏系统作为具有一定源电感的直流电压源，通过四个并联的IGBT开关和续流二极管，将直流电压信号整形为交流信号。这些开关的栅极由PWM信号控制，该PWM信号通常来自一个集成电路，该集成电路比较载波（通常是所需输出频率的正弦波）和频率显著更高的参考波（通常是5-20kHz的三角波）。IGBT的输出通过应用各种拓扑结构的LC滤波器，被整形为适合并网使用的交流信号。

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图 2：脉冲宽度调制 (PWM) 单相逆变器结构。IGBT开关与LC输出滤波器一起，将直流输入信号转换为可用的交流信号。这会引起……光伏电池端子上的有害电压纹波。母线电容器的容量设计旨在减少这种纹波。

IGBT 的运行会在光伏阵列的端子上引入纹波电压。这种纹波对光伏系统的运行有害，因为为了提取最大功率，施加在端子上的标称电压应保持在 I-V 曲线的最大功率点 (MPP) 处。光伏端子上的电压纹波会使从系统中提取的功率发生振荡，从而导致……

平均功率输出较低（图 3）。在母线上增加了一个电容器，以平滑电压纹波。

图 3：PWM 逆变器方案在光伏电池端子上引入的电压纹波会使施加的电压偏离光伏阵列的最大功率点 (MPP)。这会在阵列的功率输出中引入纹波，导致平均输出功率低于标称 MPP。

电压纹波的幅值（峰峰值）由开关频率、光伏电压、母线电容和滤波器电感决定，具体关系如下：

在哪里：

VPV是太阳能电池板的直流电压，

Cbus 是母线电容的电容值，

L 是滤波器电感器的电感值，

fPWM是开关频率。

公式 (1) 适用于理想电容器，该电容器在充电过程中阻止电荷流过，并在充电完成后以无电阻的方式释放储存在电场中的能量。实际上，没有理想的电容器（图 4），它是由多个元件组成的。除了理想电容之外，介质并非完全电阻，并且存在少量漏电流沿着有限的并联电阻 (Rsh) 从阳极流向阴极，绕过介质电容 (C)。当电流流过电容器时，引脚、箔片和介质并非完全导电，因此存在一个与电容串联的等效串联电阻 (ESR)。最后，电容器会在磁场中存储一些能量，因此存在一个与电容和 ESR 串联的等效串联电感 (ESL)。

图 4：通用电容器的等效电路。电容器是它由许多非理想元件组成，包括介质电容 (C)、绕过电容器的介质的非无限并联电阻、串联电阻 (ESR) 和串联电感 (ESL)。

即使是像电容器这样看似简单的元件，也存在多个可能发生故障或性能退化的元件。这些元件中的每一个都会影响逆变器在交流侧和直流侧的运行。为了确定非理想电容器元件的性能退化对光伏端子电压纹波的影响，我们使用 SPICE 对一个 PWM 单极 H 桥逆变器（图 2）进行了仿真。滤波电容和电感分别设置为 250µF 和 20mH。IGBT 的 SPICE 模型源自 Petrie 等人的研究。控制 IGBT 开关的 PWM 信号分别由高侧和低侧 IGBT 开关的比较器和反相比较器电路确定。PWM 控制的输入信号为 9.5V、60Hz 的正弦载波和 10V、10kHz 的三角波。