光伏逆变器拓扑结构及设计思路
图16所示拓扑结构允许纯无功负载，能够提高对电网的无功补偿，也能满足双向功率流动，例如实现高效电池充电。如果应用sic肖特基二极管，这种电路拓扑将可以达到更高的效率等级。表2是2kw额定功率下不同拓扑结构的欧洲效率
图16 适应无功负载的全mosfet拓扑
对于npc拓扑的三相光伏逆变器也可以做类似的改进。
以一相为例，在2kw额定输出时，三电平逆变器(见图17)可以达到99.2%的欧效(见表2)。稍作改动，该拓扑就可以实现无功功率流动。
图17 三电平逆变器
在输出与直流母线间增加1200v二极管后，该拓扑(见图18)就可以输出无功功率。同时也可以用作高效率的双向逆变器，实现能量的反向变换。为了减小损耗，d3，d4推荐使用sic二极管。
图18 可实现无功功率输出的npc拓扑逆变器
但由于1200v的sic价格过高，图19所示的拓扑将会是一种比较好的选择。
图19 可实现无功功率输出的npc拓扑逆变器(增加了2个sic二极管和4个si二极管)
这种拓扑只使用了两个600v的sic二极管(d4，d6)。d3和d5采用快速si二极管，d7和d8采用小型si二极管，用来防止sic二极管过压损坏。
这里是否可能也全部采用mosfet来实现呢?答案是可以的，前提是需要把mosfet的体二极管旁路掉。这可以通过把上下半桥的输出端子分开并配上各自的滤波电感来实现。
图20的电路拓扑可以提高在轻载时的效率。
图20 采用mosfet实现无功功率输出的npc拓扑逆变器
图21是全采用mosfet方案和混合型方案在额定功率2kw时的效率比较。
图21 全采用mosfet方案和混合型方案在额定功率2kw时的效率比较
其欧效可以从99.2%提高到99.4%。无功功率由1200v快速二极管通路实现。在选择二极管时，推荐使用sic二极管，这样可以在反向变换时，达到更高的效率。或者如图22所示，d4和d6采用600v sic二极管，另外四个采用快恢复si二极管。
图22 采用2个sic二极管、4个si二极管和分别输出方式的npc逆变器拓扑
8 结束语
这些新的拓扑使得逆变器的效率能够达到更高的欧效等级。即使在输出功率为0.4kw时，我们仍然可以达到最高的效率，这也使得可以通过模块并联来进一步提升系统容量。此时可以非常容易的计算出投资回报率，从而也显示出效率等级在光伏逆变器应用中的重要作用。
对无功功率输出的改善同样使得这种拓扑结构拥有以下特性和更广泛的应用：
(1) 线路无功补偿;
(2) 高效电池充电，可应用于后备电源系统、电动交通工具和混合动力汽车;
(3) 高效、高速电机驱动。
评论