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wei20KHz 
， 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 ） 。dianrongqidezuoyongshichucundianneng，quebaolaizifadiancededianliuchixuyizhigonggeiqiaojiekaiguan，bingtongguoyudianwangpinlvtongbubianhuadeqiaojinrudianwang。zhiyouzaishurudianrongqiderongliangzugoudadeqingkuangxia，cainenggoubaozhengguangfufadianxitongdechixu
、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(wei)250V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
、價(jia)格(ge)也(ye)比(bi)較(jiao)便(bian)宜(yi)，在(zai)很(hen)多(duo)方(fang)麵(mian)都(dou)比(bi)變(bian)壓(ya)器(qi)型(xing)逆(ni)變(bian)器(qi)更(geng)具(ju)優(you)勢(shi)。雖(sui)然(ran)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)站(zhan)的(de)運(yun)行(xing)和(he)安(an)全(quan)性(xing)都(dou)不(bu)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)措(cuo)施(shi)，在(zai)設(she)計(ji)直(zhi)接(jie)並(bing)網(wang)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)時(shi)還(hai)是(shi)應(ying)該(gai)考(kao)慮(lv)到(dao)以(yi)下(xia)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)。

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

在zai並bing網wang應ying用yong的de光guang伏fu電dian站zhan中zhong
，隻zhi能neng使shi用yong電dian池chi片pian與yu邊bian框kuang有you可ke靠kao絕jue緣yuan的de光guang伏fu組zu件jian。組zu件jian要yao具ju有you雙shuang倍bei或huo超chao強qiang的de絕jue緣yuan措cuo施shi，並bing且qie要yao充chong分fen考kao慮lv光guang伏fu組zu件jian的de係xi統tong耐nai壓ya性xing，以yi保bao證zheng即ji使shi在zai光guang伏fu係xi統tong運yun行xing狀zhuang態tai下xia也ye可ke以yi觸chu摸mo組zu件jian表biao麵mian
，不bu會hui造zao成cheng危wei險xian。目mu前qian，所suo有you的de光guang伏fu組zu件jian可ke以yi達da到daoⅡ級防護，在選擇時並沒有太嚴格的限製。

如上所述， 對dui於yu無wu變bian壓ya器qi型xing逆ni變bian器qi，在zai運yun行xing時shi光guang伏fu組zu件jian上shang的de電dian壓ya可ke以yi是shi疊die加jia了le交jiao流liu電dian網wang的de同tong步bu電dian壓ya值zhi。當dang觸chu摸mo組zu件jian表biao麵mian時shi
，可ke能neng會hui產chan生sheng對dui地di的de故gu障zhang電dian流liu。如ru果guo組zu件jian的de絕jue緣yuan足zu夠gou好hao，一yi般ban來lai說shuo很hen難nan有you這zhe樣yang的de電dian流liu產chan生sheng。但dan是shi
，故gu障zhang電dian流liu放fang電dian的de強qiang度du會hui隨sui一yi些xie條tiao件jian的de變bian化hua而er增zeng加jia
，如ru光guang伏fu電dian池chi距ju離li縮suo短duan（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）shi，cainengzhengmingmeiyouguzhangdianliuzhurudianwang，zheshikeyilianjiedianwang。yinci，shibieguzhangdianliubujintongguojianceloudiandianliudezengjia，haiyaotongguoceliangdianliudebianhualvlaihuozhi。suoyouguzhangdianliujiankongzhuangzhidoubixujuyouloudiandianliujiancegongneng（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RCD的(de)工(gong)作(zuo)特(te)性(xing)，同(tong)時(shi)會(hui)使(shi)與(yu)電(dian)網(wang)並(bing)接(jie)的(de)用(yong)電(dian)器(qi)中(zhong)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)發(fa)生(sheng)內(nei)耗(hao)，產(chan)生(sheng)磁(ci)飽(bao)和(he)
，而(er)這(zhe)並(bing)不(bu)是(shi)用(yong)電(dian)器(qi)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)使(shi)用(yong)環(huan)境(jing)。雖(sui)然(ran)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)不(bu)一(yi)定(ding)會(hui)損(sun)壞(huai)設(she)備(bei)，但(dan)可(ke)以(yi)引(yin)發(fa)啟(qi)動(dong)電(dian)網(wang)中(zhong)防(fang)止(zhi)直(zhi)流(liu)成(cheng)分(fen)的(de)保(bao)護(hu)設(she)備(bei)工(gong)作(zuo)。所(suo)以(yi)，理(li)論(lun)上(shang)並(bing)網(wang)型(xing)逆(ni)變(bian)器(qi)都(dou)設(she)置(zhi)有(you)防(fang)止(zhi)直(zhi)流(liu)電(dian)進(jin)入(ru)電(dian)網(wang)的(de)預(yu)防(fang)措(cuo)施(shi)（通過50Hz變壓器或電容器進入電網）。

haiyouyidianfeichangzhongyao，jinibianqixiangdianwangsongruzhiliudiandenenglibujinjinqujueyushifoucunzaigelibianyaqi。eryudianrongqixiangjiehe，bianyaqizhishikeyizaidianqigelideqingkuangxiachuanshugonglv。shishishang，womenguanxindeshidianluzhongdedianqibujianxiangdianwangshuruzhiliudianliudenengli。duiyuzhijieyudianwanglianjiedegaopinbianyaqixingnibianqi
，putongdenibianqiaowulunshifouyoubianyaqi，dounenggouxiangdianwangshusongzhiliudianliu。

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youSMA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

采cai用yong無wu隔ge離li變bian壓ya器qi型xing逆ni變bian器qi的de光guang伏fu電dian站zhan，具ju有you發fa電dian量liang很hen高gao的de優you點dian。就jiu安an全quan而er言yan，完wan全quan可ke以yi與yu采cai用yong物wu理li電dian氣qi隔ge離li裝zhuang置zhi的de發fa電dian站zhan相xiang媲pi美mei。由you於yu內nei部bu采cai用yong了le完wan善shan的de人ren員yuan保bao護hu裝zhuang置zhi，該gai裝zhuang置zhi的de驅qu動dong由you來lai自zi具ju有you自zi動dong監jian測ce漏lou電dian電dian流liu功gong能neng的de係xi統tong完wan成cheng，保bao護hu能neng力li更geng加jia理li想xiang。在zai設she計ji光guang伏fu電dian站zhan時shi，要yao充chong分fen考kao慮lv如ru下xia幾ji點dian：

• 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。