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并網太陽能逆變器可以采用全橋電路的非隔離方式

發布時間:2020-05-09 來源:轉載 編輯:網絡 閱讀數:

  1.非隔離并網太陽能逆變器

  1.1并網太陽能發電系統

  太陽能發電對世界能源的貢獻逐年增大,這有目共睹。

  IEA PVPS的數據顯示,2009年該項目成員國共安裝光伏容量6.2GW(全球安裝約7GW),其中超過95%為并網系統,如圖1。

  并網太陽能逆變器對世界能源影響

  圖1太陽能發電對世界能源的貢獻逐年增加

  數據來源:IEA PVPS,Internaonal Energy Photovoltaic Power Systems Programme

  1.2太陽能發電系統

  太陽能發電系統由太陽能電池陣列和并網太陽能逆變器組成(如圖2)。其中并網太陽能逆變器對發電系統的性能和成本起著重要的決定作用。

  按照是否帶變壓器,并網太陽能逆變器可以分為隔離型和非隔離型,包括:工頻隔離并網太陽能逆變器、高頻隔離并網太陽能逆變器、非隔離并網太陽能逆變器(單級式和多級式)等。

  工頻隔離并網太陽能逆變器(如圖3)具有電氣隔離、消除電流直流分量等優點,但體積重量大、價格高,只有94%—96%的系統效率。

  高頻隔離并網太陽能逆變器(如圖4)具有電氣隔離、體積、重量、成本降低等優勢,但系統效率只有90%—95%。

  非隔離并網太陽能逆變器分為單級式非隔離并網太陽能逆變器和兩級式非隔離并網太陽能逆變器。單級式非隔離并網逆變器適合更高PV電壓和功率;而兩級式非隔離并網逆變器適合寬電壓范圍的PV陣列,它們都具有98.8%的最高效率,體積小、重量輕、成本低,但其缺點是電池板和電網之間出現電氣連接。

  太陽能并網逆變器發電系統組成機構圖

  圖2光伏發電系統的組成結構

  工頻并網太陽能逆變器結構圖

  圖3工頻隔離并網太陽能逆變器結構圖

  電氣連接為漏電流提供了流通路徑,是高效率的非隔離光伏并網太陽能逆變器應用的最大障礙。漏電流問題會產生寄生電容150nF/kWp,引起開關頻率共模電壓源。目前大多采用電路結構SPWM調制的策略。

  高頻并網太陽能逆變器

  圖4高頻隔離并網太陽能逆變器

  2.非隔離并網太陽能逆變器常用電路拓撲

  過去,我們常采用雙極性SPWM調制的全橋并網太陽能逆變器(圖5為其拓撲結構),因為其效率不高,常應用在小功率場合,而且沒有專利壁壘。

  全橋并網太陽能逆變器拓撲圖

  圖5雙極性SPWM調制的全橋并網太陽能逆變器的拓

  這里我們要介紹幾種具有專利的拓撲結構。

  2.1 Sunways公司的專利拓撲(圖6)

  單相兩級式系列:AT 2700/3000/3600/4500/5000:

  單相單級式系列:NT 2500/3700/4200/5000;

  三相兩級式系列:Three-phase IxIT 10000/11000/12000。

  sunways公司的專利太陽能逆變器拓撲

  圖6 Sunways公司的專利拓撲

  2.2 SMA公司的專利拓撲(圖7)

  單相兩級式系列:SB3000TL/4000TL/5000TL;

  單相單級式系列:SMC6000TL /7000TL /8000TL

  /9000TL /10000TL /11000Tlo

  

  圖7SMA公司的專利拓撲

  2.3半橋型拓撲

  二電平SPWM半橋無專利壁壘,因而被廣泛采用;此外,還有單極性SPWM三電平半橋。

  3.改進型全橋非隔離光伏并網太陽能逆變器

  先來看單相并網太陽能逆變器的漏電流分析的模型(如圖8)是如何解決單相并網逆變器的漏電流問題的。

  濾波支路:受進網濾波器、EMI濾波器和電網寄生參數支配,對共模電流回路阻抗起主導作用;

  寄生支路:由橋臂中點寄生電容構成,對共模電流回路阻抗起影響作用:

  我們通過單相并網太陽能逆變器的漏電流分析模型(如圖9)歸納出兩種消除漏電流的途徑:

 ?。?)在電路和寄生參數對稱的前提下(即滿足

  并網太陽能逆變器的漏電分析

  圖8單相并網太陽能逆變器的漏電流分析的模型

  單相并網太陽能逆變器的漏電流分析

  圖9單相并網太陽能逆變器的漏電流分析的模型

  VCM-DM:0),SPWM開關方式產生的VCM電壓為恒值;

 ?。?)SPWM開關方式產生的VCM電壓為高頻時變時,通過電路參數匹配使得VCM+VCM-DM=consto。

  全橋類單相并網逆變器漏電流抑制技術包括:

 ?。?) 在電路和寄生參數對稱的前提下(即滿足VCM-DM:O)SPWM開關方式產生的v電壓為恒值。

  常見電路有以下幾種:

  帶交流旁路環節的全橋電路;

  帶直流旁路環節的全橋電路;

  帶直流側旁路箝位的全橋電路;

  基于功能和效率優化的改進型全橋電路。

  加入一支可控開關管和分壓電容構成雙向箝位支路。

 


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