最新單相并網(wǎng)逆變器拓撲分析

1、單相光伏逆變器主電路拓撲調(diào)研并網(wǎng)逆變器分類 集中型逆變器 所有光伏器件通過串并聯(lián)組成一個光伏陣列，再統(tǒng)一由一個逆變器集中轉(zhuǎn)換成交流電。優(yōu)點：輸出功率高，單位發(fā)電成本低。缺點：由于器件模塊間差異的影響，能源利用率低，穩(wěn)定性差。 組串型逆變器 光伏器件串聯(lián)構(gòu)成光伏組串，每個光伏組串(1kw5kw)通過一個逆變器并網(wǎng)，形成模塊化發(fā)電。優(yōu)點：不受器件差異影響，同時加入mppt(最大功率跟蹤)，增大了發(fā)電量。這種方式逐漸成為主流結(jié)構(gòu)。本課題研究的也是這一類型的逆變器。并網(wǎng)逆變器分類組串型并網(wǎng)逆變器拓撲分類 直接逆變系統(tǒng)優(yōu)點：省去工頻變壓器，效率高(97%)，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，成本低缺點：太陽電池板與電網(wǎng)

2、沒有電氣隔離，太陽電池板兩極有電網(wǎng)電壓，對人身安全不利；直流側(cè)太陽電池 mppt 電壓需要大于 350v(電網(wǎng)峰值電壓2220v)，這對于 太陽電池組件乃至整個系統(tǒng)的絕緣有較高要求，容易出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。組串型并網(wǎng)逆變器拓撲分類 工頻隔離系統(tǒng)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗沖擊性能好、安全性能良好、直流側(cè) mppt電壓等級一般在 200v-800v。缺點：系統(tǒng)效率相對較低，體積笨重。組串型并網(wǎng)逆變器拓撲分類 高頻隔離系統(tǒng)優(yōu)點：同時具有電氣隔離與重量輕的優(yōu)點，系統(tǒng)效率在 93%左右。缺點：由于隔離 dc/ac/dc 的功率等級一般較小，所以這種拓樸結(jié)構(gòu)集中在 5kw 以下；高頻 dc/ac/dc 的工作

3、頻率較高，一般幾十 khz 或更高，系統(tǒng)的 emc 比較難設(shè)計；系統(tǒng)的抗沖擊性能差。組串型并網(wǎng)逆變器拓撲分類 高頻升壓不隔離系統(tǒng)優(yōu)點：加入了 boost 電路用于 dc/dc 直流輸入電壓的提升，同時進行mppt控制，效率高，重量輕，且太陽電池陣列的直流輸入電壓范圍可以很寬（150v-450v）。這種拓樸結(jié)構(gòu)越來越為市場的主流。也將是本課題主要研究的方向。缺點：太陽電池板與電網(wǎng)沒有電氣隔離，太陽電池板兩極有電網(wǎng)電壓；使用了高頻 dc/dc，emc 難度加大。逆變電路拓撲分類 經(jīng)典拓撲： 1.單相全橋逆變電路逆變電路拓撲分類 特點：經(jīng)典電路，控制技術(shù)比較成熟，直流端電壓無需升高太多，對器件的各項

4、要求降低，這一拓撲結(jié)構(gòu)現(xiàn)在占相當(dāng)大一部分，但由于其用的開關(guān)管較多，其整體效率不會太高，采用雙極性調(diào)制的最高效率在95%左右。逆變電路拓撲分類 2.單相半橋逆變電路逆變電路拓撲分類 特點：結(jié)構(gòu)簡單，使用功率器件少，一定程度上提高了效率，但是輸出交流電壓的幅值僅為直流側(cè)電壓的1/2，為此前級boost升壓電路升壓需較高，逆變部分器件的耐壓能力亦需相應(yīng)提高，效率受到影響，最高效率在92%左右。 經(jīng)典的拓撲結(jié)構(gòu)的效率終究有限，在經(jīng)典結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，衍生出不少改良型結(jié)構(gòu)，其效率提高，逐步取代經(jīng)典拓撲結(jié)構(gòu)在產(chǎn)品市場的位置。逆變電路拓撲分類 逆變器損耗的來源1)輔助控制電路的損耗。對于不同的拓撲，該部分的損耗

5、恒定且相等。2)濾波電感上的損耗。電感上的損耗和電流(電阻損耗)及其紋波(磁損耗)有關(guān)。若功率相同，則所有拓撲結(jié)構(gòu)上電感電流都一樣，但是電流紋波因拓撲結(jié)構(gòu)的不同而存在差異。采用雙極性調(diào)制的全橋拓撲上的電流紋波是其他拓撲的 2 倍。因此，和其他拓撲結(jié)構(gòu)相比，其電感上的損耗較大。3)功率器件上的損耗。功率器件上的損耗包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗，兩者都和電流、電壓以及器件本身的特性有關(guān)。 通態(tài)損耗和通態(tài)時導(dǎo)通的功率器件的數(shù)目以及功率器件的額定電壓有關(guān)，額定電壓越高的功率器件其通態(tài)損耗越大。 開關(guān)損耗是損耗中的主要部分。一個電網(wǎng)周期中開關(guān)次數(shù)越多，開關(guān)損耗越大；此外，開關(guān)損耗還與調(diào)制器件的額定電壓有關(guān)，額

6、定電壓越大，開關(guān)損耗越大。逆變電路拓撲分類 改良拓撲： 1.半橋三電平二極管鉗位式逆變器逆變電路拓撲分類 特點：此電路拓撲最早由日本人于1980年提出，較傳統(tǒng)半橋逆變器增加了兩組輔助開關(guān)管和兩個輔助二極管，可以實現(xiàn)0、1/2vdc、-1/2vdc三個電平，與兩電平逆變器，相比，其輸出電壓的諧波含量可以大幅度降低，且每只開關(guān)管的電壓應(yīng)力降低為輸入電壓的一般，因此效率得以提高。在控制方面，較傳統(tǒng)的兩電平拓撲有了更高的自由度，衍生出新的控制算法，據(jù)文獻研究表示，此拓撲結(jié)構(gòu)的最大效率在95%以上逆變電路拓撲分類 2.帶交流旁路的全橋逆變器逆變電路拓撲分類 特點：在交流端并聯(lián)一對串聯(lián)的開關(guān)管，通過這兩個

7、管子的續(xù)流，使得h橋上流過電流的調(diào)制開關(guān)的正向電壓由vdc降低為1/2vdc，減小了開關(guān)管的損耗，同時，這一拓撲結(jié)構(gòu)采用雙極性pwm調(diào)制的輸出調(diào)制波形同全橋拓撲采用單極性pwm調(diào)制的輸出波形一致，有效地抑制了電流紋波，減小了濾波電感上的損耗，這一拓撲的最高效率為96.3%。這種拓撲結(jié)構(gòu)和下面將提到的帶直流旁路的全橋逆變拓撲，均可稱為h6拓撲，且在市場上得到了一定程度的應(yīng)用。逆變電路拓撲分類 3.帶直流旁路的全橋逆變器逆變電路拓撲分類 特點：s1到s4均工作在電網(wǎng)頻率，s5和s6工作在開關(guān)頻率，由反并聯(lián)二極管d7、d8和電容的箝位作用，s5和s6的開關(guān)電壓為1/2vdc，開關(guān)損耗得到降低，加上s1到s4調(diào)制實現(xiàn)零電流導(dǎo)通，進一步減小了損耗，其輸出電壓也同單極性調(diào)制的全橋拓撲相同，抑制了電流紋波，減小了損耗，這一拓撲結(jié)構(gòu)的最大效率能達97.4%。逆變