中心议题：
中小功率逆变电源的技术现状
中小功率逆变电源存在问题分析
解决方案：
可靠性
转换效率
中小功率逆变电源是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一，其可靠性和效率对推广光伏系统、有效用能、降低系统造价至关重要,各国的光伏专家们一直在努力开发适于户用的逆变电源，以促使该行业更好更快地发展。
光伏系统用中小功率逆变电源的技术现状
逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换。工频变换是利用分立器件或集成块产生50Hz方波信号，利用该信号去推动功率开关管，利用工频升压变压器产生220V交流电。这种逆变电源结构简单，工作可靠，但由于电路结构本身的缺陷，不适合于带感性负载，如电冰箱、电风扇、水泵、日光灯等。这种逆变电源由于采用了工频变压器，体积大、笨重、价格高。目前主要用在大型太阳能光伏电站。
20世纪70年代初期，20kHzPWM型开关电源的应用在世界上引起了所谓“20kHz电源技术革命”。这种变换思想当时即被用在逆变电源系统中，但由于当时的功率器件昂贵，且损耗大，高频高效逆变电源的研究一直处于停滞状态。到了80年代以后，随着功率MOSFET工艺的日趋成熟及磁性材料质量的提高，高频变换逆变电源才走向市场。
高频变换逆变电源是通过高频DC/DC变换技术，先将低压直流变为高频低压交流，经过脉冲变压器升压后再整流成高压直流。由于在DC/DC变换中采用了PWM技术，在此可得到一稳定的直流电压，利用该电压可直接驱动交流节能灯、白炽灯、彩电等负载。若对该高压直流进行类正弦变换或正弦变换，即可得到220V、50Hz类正弦波交流电或220V、50Hz正弦波交流电。
这种逆变器由于采用高频变换（现多为20kHz～200kHz），体积小、重量轻，再由于采用了二次调宽及二次稳压技术，输出电压非常稳定，负载能力强，性能价格比高，是目前可再生能源发电系统中产品。在国外发达国家的中小交流光伏系统中得到普遍的使用，但在国内，由于技术方面的原因及市场的混乱，一些逆变电源厂家一直在推广工频变换逆变电源，有的为了降低成本甚至使用低硅硅钢片，这样的逆变电源充斥市场，使得交流光伏系统的综合成本升高，将会阻碍交流光伏系统的推广，这对行业的发展是很不利的。
国内高频变换中小功率逆变电源存在问题分析
1可靠性
目前，高频变换中小功率逆变电源存在的问题主要是可靠性不高。我们多年的研究，生产及使用说明：影响高频变换中小功率逆变电源寿命的主要因素有电解电容器、光电耦合器及磁性材料。
实践证明：追求寿命的延长要从设计方面着手，而不是依赖于使用方。降低器件的结温，减少器件的电应力，降低运行电流及采用优质的磁性材料等措施可大大提高其可靠性。国内之有人对高频变换逆变电源的可靠性产生怀疑，一个重要的原因是一些厂家为了降低成本而仍使用70年代研制的代磁性材料，如TDK的H35、FDK的H45等，由于这种磁性材料的饱和磁通密度及居里温度点较低，在功率较大时长时间使用极易出故障。我们使用80年代中后期研制的第三代磁性材料，如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西门子的N47和N67，不但能有效地提高转换效率，大大提高了逆变电源可靠性。事实上，彩电及计算机中使用的开关电源也证明了高频变换方式的可靠性。用户的长时间使用也证明了我们目前生产的高频变换中小功率逆变电源具有高的可靠性和效率，完全可与MASTERVOLT等大公司的产品相媲美。
2效率
要提高逆变电源的效率，就必须减小其损耗。逆变电源中的损耗通常可分为两类：导通损耗和开关损耗。导通损耗是由于器件具有一定的导通电阻Rds，当有电流流过时将会产生一定的功耗，损耗功率Pc由下式计算：Pc=I2×Rds。在器件开通和关断过程中，器件不仅流过较大的电流，还承受较高的电压，器件也将产生较大的损耗，这种损耗称为开关损耗。开关损耗可分为开通损耗、关断损耗和电容放电损耗。
开通损耗:
Pon=(1/2)×Ip×Vp×ts×f;
关断损耗:
Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f;
电容放电损耗:
Pcd=（1/2）×Cds×Vc2×f;
总的开关损耗:
Pcf=Ip×Vp×ts×f＋(1/2)×Cds×Vc2×f。
式中：Ip为器件开关过程中流过的电流大值；Vp为器件开关过程中承受的电压大值；ts为开通关断时间；f为工作频率；Cds为功率MOSFET的漏源寄生电容。
现代电源理论指出：要减小上述这些损耗，就必须对功率开关管实施零电压或零电流转换，即采用谐振型变换结构。
光伏系统用中小功率逆变电源的发展展望
随着谐振开关电源的发展，谐振变换的思想也被用在逆变电源系统中，即构成了谐振型高效逆变电源。该逆变电源是在DC/DC变换中采用了零电压或零电流开关技术，开关损耗基本上可以消除，当开关频率超过1MHz以上后，电源的效率也不会明显降低。实验证明：在工作频率相同的情况下，谐振型变换的损耗可比非谐振型变换降低30％～40％。目前，谐振型电源的工作频率可达500kHz到1MHz。
光伏系统用中小功率逆变电源的研究正朝着模块化方向发展，即采用不同的模块组合，就可构成不同的电压、波形变换系统。
毫无疑问，光伏系统用中小功率逆变电源会采用高频变换电路结构。在一些技术细节上，也会有别于其它场合使用的逆变电源，如除了追求高可靠、高效率外，还应针对光伏行业的特点，将控制、逆变有效地合二为一，即光伏逆变电源在设计上应具有过压、欠压、短路、过热、极性接反等保护功能。这样做不但降低了系统的造价，提高了系统的可靠性。
随着光伏系统的不断规范，高频变换中小功率逆变电源将会得到市场的逐步认可，它的使用将会促进光伏行业的良性发展。
变压器是一种利用电磁感应原理，把交流电能转变为不同电压、电流等参数的电力设备。其中油浸式变压器，将铁芯和绕组一起浸入灌满了绝缘油的油箱中，以加强绝缘和改善冷却散热条件。当变压器内部出现严重过载、短路、绝缘损坏等故障时，绝缘油受到高温或电弧作用，受热分解产生大量烃类混合气体，使变压器内部的压力急剧上升，导致变压器油箱的结构破坏（初级变压器爆炸）。 初级变压器爆炸后，绝缘油、混合气体和油雾通过变压器油箱破裂口向外猛烈释放。绝缘油从变压器中泄漏，在地面形成液池，被点燃即发生池火。而当泄漏的热解产物混合气体和油雾与空气混合后点燃，就会发生二次爆炸。当这些情况发生在密闭或拥塞区域时，可能会导致非常强烈的爆炸，并对人员和设备造成威胁，给社会经济带来严重损失。 图1、2 变压器爆炸事故现场 变压器爆炸过程介绍 初级爆炸 图3 变压器和充油高压设备中出现短路或电弧作用 变压器和充油高压设备中出现短路或电弧，高温和电弧作用会导致油的热分解并产生大量烃类混合气体。 图4 变压器油箱的结构破坏（初级变压器爆炸）
图5 液态绝缘油、气态电解产物和油雾通过变压器油箱破裂口向外猛烈释放 二次爆炸 绝缘油从变压器中泄漏并点燃，发生池火；气态电解产物和油雾的泄漏及空气混合，被点燃后发生二次爆炸。 图6 变压器二次爆炸与池火场景 图7 合理泄压和抗爆措施降低变压器爆炸后果 |
| 正常运行的电力设备，由于电流、电压的作用将产生发热．主要包括电流效应引起的发热和电压效应引起的发热。当电力设备存在缺陷或故障时，缺陷或故障部位的温度就会产生异常变化。从而引起设备的局部发热，假设未能及时发现并及时制止这些隐患的发展，终会促成设备故障或事故的发生，严重的会扩大成电网事故。 电力设备发热故障基本上可分为两大类，即外部故障和内部故障，其基本特征如下： 1)外部发热故障：它以局部过热的形态向其周围辐射红外线，各种裸露接头、连接体的热故障，其红外热图显现出以故障点为中心的热场分布。从设备的热图中可直观地判断是否存在热故障，根据温度分布可以准确地确定故障的部位及故障严重程度。 2)内部发热故障：它的发热过程一般较长，且为稳定发热，与故障点接触的固体、液体和气体，形成热传导、对流和辐射，并以这样的方式将内部故障所产生的热量不断地传递至设备外壳，从而改变设备外表面的热场分布情况。 电力生产包括发电厂内的电力生产环节以及输配电环节。这两个环节的低效导致电力产业的产能难以提高，事故时有发生。 生产环节的问题主要集中在糟糕的基础设施上。设备陈旧，能源转化效率低，事故也常常发生。今年5月，美国纽约州一座核电站发生起火爆炸事故，原因就是电厂变压器设备障碍，而这类事故近年来在美国屡有发生。 由于输电网基础设施老化，变电站与其他地区的电网缺少监测关键设备运行状态的自动化系统，停电与持续低压风险正日益增加。 例如变压器液体泄漏或内部隔热层故障可导致设备过热，从而引发故障，但大多数供电公司并未配备可侦测这些故障点的自动化热检测系统。 无论故障原因如何，一次重大的变电站故障可能演化为一系列并发故障，其结果可能导致银行设施、安防系统、制造工厂、食品冷藏、通讯网络与交通控制系统发生大规模故障，毋庸置疑，相关供电公司可能蒙受巨大的收益损失为恢复系统正常运转也会增加大量成本。 供电公司基础设施逐渐老化,停电、持续低压的风险与日益增加，持续低压是指电力供应中的电压下降，如此命名是因为低压通常导致灯光的亮度变暗，供电公司还面临着代价昂贵的计划外维护和成本飙升等问题。 |