光伏并网逆变器的分类与拓扑结构

2018-7-24

1.光伏并网逆变器的分类

按控制方式分类，光伏并网逆变器可以分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种方式。以电流源为输入方式的逆变器，其直流侧需串联一个大电感以提供稳定的直流电流输入，但这种方法会导致系统动态响应很差，目前大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。逆变器与电网并网运行的输出控制模式可分为电压源控制模式和电流源控制模式两种。由于电网可看为一个容量无穷大的定值交流电压源，如果并网逆变器的输出采用电压源控制模式，则实际上就是两个电压源并联运行。在这种情况下，如果要保证并网逆变器的稳定运行，就必须采用锁相技术保证逆变器的输出电压与电网电压同频同相。由于锁相回路响应慢、逆变器输出电压值难以精确控制和容易出现环流等原因，电压源输出的控制模式很少采用，取而代之的是电流源输出的控制模式。本文所采用的控制方案是采用电压源输入―电流源输出的控制模式，综合电压源输入模式和电流源输出模式两者的优点，输出与电网同频同相的高品质电流，动态响应好。

2.光伏并网逆变器的拓扑结构

已经进入实用的的光伏并网逆变器回路方式主要有 3种：工频变压器绝缘方式、高频绝缘变压器和无变压器方式。根据这 3种回路方式，可以将现在的光伏并网逆变器的拓扑结构分为 3类，即工频变压器绝缘的单级拓扑结构、高频变压器绝缘的多级拓扑结构和无变压器绝缘的两级拓扑结构。

3.工频变压器绝缘的单级拓扑结构

单级式逆变器是指在逆变环节中同时实现 MPPT 的功能，其拓扑结构 所示。由于只有一个环节，结构简单，效率较高。但由于太阳能光伏电池发出的电压比较低，而且中间没有升压环节，要依靠工频变压器升压与电网进行连接。采用工频变压器进行绝缘和变压，具有良好的抗雷击和消除尖波的性能，但是体积也较为笨重、造价较高。

三、高频变压器绝缘的多级式拓扑结构

由于单级式逆变器体积大、算法设计难度大的缺点，于是可以采用高频变压器代替工频变压器进行绝缘和升压。典型的高频变压器绝缘的多级式拓扑结构如图 所示，该拓扑结构由两个全桥逆变器、高频变压器和整流电路构成。太阳能光伏阵列输出的电能经逆变、升压、整流、再逆变四个环节转为交流电。高频变压器较工频变压器的优点是体积小、重量轻、成本低，但该拓扑经过了多级变换，缺点是所需的元件较多，整体效率较低且电磁干扰严重，需要采取滤波和屏蔽等措施。

四、无变压器绝缘的两级拓扑结构

这种拓扑结构由两级电路组成，DC-DC 电路和 DC-AC 逆变电路。 是一种常用的无变压器的两级拓扑结构，由前级的 Boost 电路和后级的全桥逆变电路构成。Boost电路负责最大功率跟踪控制并把太阳能光伏阵列的输出电压升高至某一数值，确保逆变部分输入电压的稳定和降低损耗。全桥逆变电路负责将直流电变为交流电，输出与电网同频同相的电流。由于没有采用工频变压器或者高频变压器进行隔离，这种拓扑具有体积小，成本低，效率高的的优点，但是在某些要求隔离的场合不适宜使用。