逆变器属于一大类静态转换器，其中包括当今的许多'设备能够“转变”输入的电气参数，例如电压和频率，以便产生与负载要求兼容的输出。

一般来说，逆变器是能够将直流电转换为交流电的设备，在工业自动化应用和电力驱动中非常常见。不同逆变器类型的架构和设计根据每个特定应用而变化，即使它们的主要目的核心相同（直流到交流转换）。

1.独立和并网逆变器

光伏应用中使用的逆变器历来分为两大类：

：独立逆变器

：并网逆变器

独立逆变器适用于光伏电站未连接到主能源分配网络的应用。逆变器能够向所连接的负载提供电能，保证主要电气参数（电压和频率）的稳定性。这使它们保持在预定限制内，能够承受临时过载情况。在这种情况下，逆变器与电池存储系统耦合以确保持续的能源供应。

另一方面，并网逆变器能够与它们所连接的电网同步，因为在这种情况下，电压和频率是“强加的”由主网格。如果主电网发生故障，这些逆变器必须能够断开连接，以避免主电网出现任何可能的反向供电，这可能会带来严重的危险。

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，以便以给定频率和小相位角（Φ ≈0）。单相单极脉宽调制 (PWM) 的简化电路如图所示2 （相同的通用方案可以扩展到三相系统）。在此原理图中，光伏系统充当具有一定源电感的直流电压源，通过与续流二极管并联的四个 IGBT 开关将其整形为交流信号。这些开关通过 PWM 信号在栅极进行控制，该信号通常是 IC 的输出，用于比较载波（通常是所需输出频率的正弦波）和频率明显更高的参考波（通常是三角波） 5-20kHz）。通过应用各种 LC 滤波器拓扑，IGBT 的输出被整形为适合使用或电网注入的交流信号。

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图 2：单相脉宽调制 (PWM)逆变器设置。IGBT 开关与 LC 输出滤波器一起将直流输入信号整形为可用的交流信号。这导致了一个PV 端子上的有害电压纹波。公交车电容器的大小是为了减少这种纹波。

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，因为施加到端子的标称电压应保持在 IV 曲线的最大功率点 (MPP)，以便提取最大功率。PV端子上的电压纹波将使从系统中提取的功率产生振荡，从而导致

平均功率输出较低（图 3）。为了消除电压纹波，在总线上添加了一个电容器。

图 3：PWM 逆变器方案在光伏端子上引入的电压纹波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，从而使平均输出功率低于标称 MPP

电压纹波的幅度（峰峰值）由开关频率、PV 电压、总线电容和滤波器电感决定，计算公式如下：

在哪里：

VPV是太阳能电池板直流电压，

Cbus 是总线电容器的电容，

L是滤波电感的电感，

fPWM 是开关频率。

等式（1）适用于理想电容器，在充电期间防止电荷流过电容器，然后在无电阻的情况下释放电场中的能量。实际上，没有一种电容器是理想的（图 4），而是由多个元件组成。除了理想电容之外，电介质也不是完全电阻性的，并且少量漏电流沿着有限的分流电阻 (Rsh) 从阳极流向阴极，绕过电介质电容 (C)。当电流流过电容器时，引脚、箔片和电介质并不完全导电，并且存在与电容串联的等效串联电阻 (ESR)。最后，电容器确实在磁场中存储了一些能量，因此存在与电容和 ESR 串联的等效串联电感 (ESL)。

图 4：通用电容器的等效电路。一个电容器是由许多非理想元素组成，包括电介质电容 (C)、通过电介质绕过电容器的非无限分流电阻、串联电阻 (ESR) 和串联电感 (ESL)。

即使在像电容器这样看似简单的组件中，也存在多个可能发生故障或性能下降的元件。这些因素中的每一个都会影响逆变器在交流侧和直流侧的行为。为了确定非理想电容器组件的退化对光伏端子上引入的电压纹波的影响，使用 SPICE 对 PWM 单极 H 桥逆变器（图 2）进行了仿真。滤波电容器和电感器分别保持在 250μF 和 20mH。IGBT 的 SPICE 模型源自 Petrie 等人的工作。控制 IGBT 开关的 PWM 信号分别由高侧 IGBT 开关和低侧 IGBT 开关的比较器和反相比较器电路确定。PWM 控制的输入是 9.5V、60Hz 正弦载波和 10V、10kHz 三角波。