课题：光伏逆变器

授课班级

光伏171

课时

6学时

授课地点

教

学

目

标

能力目标

知识目标

素质目标

1．能够对光伏逆变器的技术参数选型；

2．能够看懂和分析光伏逆变器的原理电路；

3．能够设计较为简易的光伏逆变器；

4．能够对光伏逆变器进行简单的检修；

5．能够对光伏逆变器进行操作和维护。

1．了解光伏逆变器的作用及分类；

2．掌握光伏逆变器的电路构成和主要元器件；

3．掌握单相和三相光伏逆变器的电路原理；

4．掌握并网型光伏逆变器的电路原理；

5．掌握光伏逆变器的技术参数与选用。

6．掌握光伏逆变器的操作与维护

1．培养学生认真观察、独立思考、自主学习的能力

2．培养学生团队协作的精神

案例及能力训练项目

任务1：根据不同的光伏系统，确定光伏逆变器的选型；

任务2：根据典型的光伏逆变器电路图，分析其工作原理；

任务3：结合具体的光伏逆变器实物，如何安装、测量与维护。

参考资料

1．《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》，主编 何道清，化学工业出版社；

2．《光伏技术应用》，主编 刘靖，化学工业出版社；

3．《太阳能光伏发电系统及其应用》，主编 杨贵恒，化学工业出版社。

步骤

教学内容

教学方法

教学手段

学生活动

时间分配

一、情境描述

光伏组件输出的是直流电，如果需要向交流负载（如白炽灯、电视机等）供电，如何处理？

设问、讨论、提示

课件

演示

思考与分析

5分钟

设问：1.光伏逆变器如何分类，基本电路构成是什么？

2.几种逆变电路的工作原理是什么，有什么不同？

3.三相逆变电路和并网逆变电路分别用在什么场合？

二、引入任务

任务1：光伏逆变器的作用是什么？

（1）        如何定义

（2）        有什么要求

（3）        实现什么功能

任务2：光伏逆变器是如何分类的？

（1）        按输出波形分

（2）        按运行方式分

（3）        按输出交流电相数分

（4）        按功率流动方向分

演示

讲授

互动

课件

思考

与回答

10分钟

三、分析讲解

光伏逆变器的电路原理

演示

讲授

听讲

分析

回答

50分钟

（一）单相逆变器的电路原理

任务1 推挽式逆变电路       任务2 半桥式逆变电路      任务3 全桥式逆变电路

四、归纳

总结

归纳光伏逆变器基本知识和要点

讲授

课件

学生思考记录

15分钟

1.光伏逆变器的功能；

2. 光伏逆变器的分类：

3. 光伏逆变器的基本电路构成框图及各部分作用；

4. 光伏逆变器的主要元器件。

5．单相光伏逆变器的几种形式和工作原理。

五、知识拓展

1．关于PWM和SPWM。

2．关于DC-DC升压电路。

3．调制比、载波比和死区时间。

讲授、讨论、提问

课件

集体回答

10分钟

六、作业

1．什么叫逆变？太阳能光伏发电系统中为什么要用光伏逆变器？

2．以最简单的单相全桥式逆变电路为例，说明逆变器的工作原理。

3．逆变器的输出波形主要有哪几种，各有什么优缺点？

步骤

教学内容

教学方法

教学手段

学生活动

时间分配

一、情境描述

前面介绍了单相逆变器，它只能给单相交流负载供电。如果现在要求给三相交流负载供电，则需要三相逆变器。

如可逆变后的交流电并入市电网，则需要并网型逆变器。

三相逆变器和并网逆变器各有什么特点，有什么特殊要求呢？

设问、讨论、提示

课件

演示

学生思考

提出问题

回答问题

5分钟

设问：1.你所了解的身边常用的三相交流负载有哪些？

2.你所了解的市电网的电特性有哪些？

二、引入任务

任务1：三相逆变器分为电压型和电流型两种，它们有什么不同点？

（1）电压型逆变器就是逆变电路中的输入直流能量由一个稳定的电压源提供，其特点是逆变器在脉宽调制时的输出电压的幅值等于电压源的幅值，而电流波形取决于实际的负载阻抗。

（2）电流型逆变器的直流输入电源是一个恒定的直流电流源，需要调制的是电流，若一个矩形电流注入负载，电压波形则是在负载阻抗的作用下生成的。

任务2：并网逆变器的技术要求有哪些？

（1）要求逆变器必须输出正弦波电流。

（2）要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。

（3）要求逆变器能使光伏方阵始终工作在最大功率点状态。

（4）要求具有较高的可靠性。

（5）要求有较宽的直流电压输入适应范围。

（6）要求逆变器体积小、重量轻，以便于室内安装或墙壁上悬挂。

（7）要求在电力系统发生停电时，并网光伏系统既能独立运行，又能防止孤岛效应，能快速检测并切断向公用电网的供电，防止触电事故的发生。待公用电网恢复供电后，逆变器能自动恢复并网供电。  

演示

讲授

操作演示、

课件

思考

10分钟

三、分析

讲解

三相逆变器及并网逆变器的电路原理

演示

讲授

听讲

分析

回答

50分钟

任务1：三相电压型逆变器的电路构成及原理

任务2：三相电流型逆变器的电路构成及原理

    电流型逆变器的特点是在直流电输入侧接有较大的滤波电感，当负载功率因数变化时，交流输出电流的波形不变，即交流输出电流波形与负载无关。在电路结构上与电压型逆变器不同的是，电压型逆变器在每个功率开关元件上并联了一个续流二极管，而电流型逆变器则是在每个功率开关元件上串联了一个反向阻断二极管。  

    三相电流型逆变器的直流电源即直流电流源是利用可变电压的电源通过电流反馈控制来实现的。但是，仅用电流反馈，不能减少因开关动作形成的逆变器输入电压的波动而使电流随着波动，所以在电源输入端串入了大电感（电抗器）L。

    电流型逆变器非常适合在并网系统应用。 

    独立光伏系统对逆变器的基本要求：

（1）运行要良好

（2）整机效率要高

（3）输出电压的失真度要低

  任务3：并网型逆变器的电路原理

（1）并网逆变器的技术要求

（2）并网逆变器的电路原理

三相并网逆变器电路原理

单相并网逆变器电路原理

并网逆变器单独运行的检测与防止孤岛效应

被动式检测方式

主动式检测方式

四、归纳

总结

归纳三相逆变器和并网逆变器的基本知识和要点

讲授

课件

学生思考记录

15分钟

1．三相电压型逆变器和三相电流型逆变器相比较的不同特点；

2．并网逆变器的技术要求；

3．并网逆变器的单独运行检测与孤岛效应。

五、知识拓展

1．黑启动。

2．孤岛效应的最新研究。

3．微电网。

讲授、讨论、提问

课件

学习

记当

10分钟

六、作业

1．什么叫光伏并网逆变器，对光伏并网逆变器有什么要求？

2．简述光伏并网逆变器的工作原理。

步骤

教学内容

教学方法

教学手段

学生活动

时间分配

一、情境描述

学习了光伏逆变器的基本原理之后，我们如何在实际中选用不同种类的逆变器？我们需要关注的主要参数有哪些？

在本实验室中有哪几种光伏逆变器，分别如何操作，如何检测，如何维护检修？

设问、讨论、提示

课件

演示

学生思考

提出问题

回答问题

5分钟

设问：1.解决上述工作任务，涉及到前面学过的哪些理论知识？是否还有不太明白的地方？

2.在连接本实验室的逆变器时，要注意哪些安全问题，操作规范有哪些？

二、引入任务

任务1：光伏逆变器的主要参数及选型

任务2：光伏逆变器的接线与检测方法

任务3：光伏逆变器的简单维护与故障检修

演示

讲授

操作演示、

课件

思考

10分钟

三、实际操作

按电路连接好实验系统，按下面步骤操作：

1. 打开电源（空开向上扳），此时电源主电路输出交流220V电源，直流仪表亮。

2．用实验导线将实训台上的“光伏组件”的“T-1” “T-2”接到直流电压表 “Y-4”和“Y-3” 、直流电流表“Y-2”和“Y-1”上和太阳能智能路灯控制器上。

3.按照图4连接离网逆变实验电路，电压表采用智能数字直流电压表，电流表采用智能数字直流电流表，交流表为多功能面板交流仪表（接线见下图），交流负载为风扇。

4.将“光源控制”的电位器顺时针调到底。使光源亮度达到“强”。

 5.轻触离网逆变器开机按键约5秒，逆变器运行工作，此时，风扇运行，仪表均通电工作，显示电压和电流值。记录下表中：

 6.实验结束后，断开逆变器的开关，切断光源电源，关闭仪表电源，最后关断实验台总电源。拆除实验连接线。

指导

实物教学

操作

60分钟

四、实践总结

对本次实践中出现的问题进行总结梳理。

讲授

讲解

学生思考记录

10分钟

1.光源点亮后，灯管温度很高，禁止触摸，以免烧伤。

2.每次光源关断后，其灯管温度仍是很高，等灯管温度很低时才可再次开启光源开关（避免灯管容易烧坏）。

3.“逆变器”部分“的输出端的电压是AC220V,测量时请注意安全。

五、实验数据整理与提交

1．画出实验电路接线图

2．记录实验数据

3．分析实验结果

4．总结检测与维修方法

指导、重点提示

讲解

记录

5分钟

六、拓展训练

课下在网上搜索有关光伏逆变器的产品资料，列出其主要特性参数。并总结逆变器选型的主要内容。