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光伏发电逆变器拓扑及关键技术综述

作者:时间:2013-05-06来源:网络收藏

2.3 大功率逆变
大功率应用在大型商业屋顶及地面电站上,主要以两电平为主,近两年出现I型三电平。以Powerone公司为代表的四电平,以SMA和REFU为代表的五电平拓扑已陆续出现。为实现大功率,以爱默生为代表的中功率并联方案提高了功率密度。对于北美处于安全考虑,通常要求PV电压不超过600 V,对此也产生了一系列的改进拓扑结构形式,图3示出REFU针对北美版机器推出的五电平拓扑结构。在这些拓扑的基础上,逆变交流侧并联技术、高电压穿越技术、共模电压问题都是业界大功率碰到的一系列技术难题。共模电压的存在导致一台逆变器运行会影响其他不运行的逆变器,尤其会将BUS电压冲高直至保护。另外,如何让所有模块的寿命均等的群控策略,提高阴影时的发电量,群控时各组串大电流切换时的灭弧问题及三电平逆变器多台并机的环流均流控制算法的研究及中点平衡与输出直流量之间兼顾问题和低电压跌落如何快速检测到电压跌落等问题,都是逆变器构成大功率电站方案时需考虑的一些关键技术。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/175823.htm

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2.4 微型逆变器及效率优化器
微型逆变器的应用需求决定了其不能采用传统的升降压型逆变器拓扑结构(如半桥,全桥等拓扑),其不仅要求能实现升、降压变换功能,还需进行电气隔离,一般由DC/DC,DC/AC两级变换组成。同时对效率、体积、成本等要求较高。目前以Enphase,Involar等为代表的公司采用Flyback+全桥结构,结构和控制简单,可靠性高。以Powerone为代表的公司采用Boost+LLC+全桥结构,以Enecsys为代表的公司采用LLC+Buck+全桥结构。为了减小重量和体积,高频软开关技术在微型逆变器上得到了普遍应用。高效的拓扑架构,无电流传感器的MPPT算法,准确的谷底开通方法也是微型逆变器追求其高效率的主要技术难点。

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效率优化器主要是补偿电池板的不匹配(电池组差异、阴影及遮挡等引起的不匹配)带来的损失。图4示出NS公司的效率优化器拓扑结构,目前有公司将电弧检测和灭弧功能集成在效率优化器中。功率优化器可以不存在大量电容(主要靠电感来升压)而微型逆变器存在大量的电容,而电容的寿命不可能达到电池板级那么长。

3 未来逆变器拓扑及发展趋势
3.1 高可靠性
任何产品可靠性都是第1位的,光伏逆变行业也不例外,主要表现在:控制算法;硬件电路上的冗余和降额设计;软件系统的可靠性;元器件选择及DFEMA设计;EMC问题;故障数据存储与在线故障检测与诊断;基于容错技术光伏并网逆变器的可靠性研究等方面。只有保证了可靠性,才会产生好的产品。
3.2 高效率
效率指标包括峰值效率、欧洲效率和CEC效率,在PHOTO杂志上也会定期公布相关逆变器的效率,从发电量角度来衡量逆变器产品的性能,故未来逆变器产品设计也应主要兼顾欧洲效率和CEC效率,从而对用户产生直接的经济效益。不仅要提高重载下的效率,轻载下的效率也很重要,对电压电流在线信号的采样精度及轻载MPPT的精度,多峰MPPT跟踪技术,PV电池效率的提升都提出了新要求。高效拓扑也是未来发展的方向。
3.3 网侧高压场合适用的拓扑
大功率逆变器成本压力日趋增大,提高逆变器输出电压有利于减少变换器、配电器件、输电线路、变压器的电流应力,进而降低成本,提高效率。要使功率器件的电压应力增大,需更高压的器件,多电平拓扑的出现解决了此问题。适用的拓扑有REFU的五电平拓扑,接入电网的电压可达690 V;Powerone的四电平拓扑,级联结构构造多电平。

4 结论
介绍了国内外光伏逆变行业逆变拓扑的发展情况,并对拓扑发展中带来的一些问题以及关键技术进行了分析,同时也预测了未来逆变器拓扑的发展趋势,指出提高电网侧电压及多电平拓扑是未来拓扑的发展方向。随着新拓扑的不断创新和应用,未来也需在各种关键技术上不断地突破,进一步提高光伏并网逆变器的性能。


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