光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构
微型光伏逆变器设计要素及拓扑结构
微型光伏逆变器设计要素及拓扑结构1.微型逆变器设计要素与整个系统使用一个逆变器相比，为系统内每个太阳能电池组件都配备一个微型逆变器会再次提升整个系统的转换效率。
微型逆变器拓扑的主要好处是，即便其中一个逆变器消失故障，能量转换仍能进行。
设计微型逆变器需要考虑的要素如下：1）变换效率高。
并网逆变器的变换效率直接影响整个发电系统的效率，为了保证整个系统较高的发电效率，要求并网微型逆变器具有较高的变换效率。
2）牢靠性高。
由于微型逆变器直接与太阳能电池组件集成，一般与太阳能电池组件一起放于室外，其工作环境恶劣，要求微型逆变器具有较高的牢靠性3）寿命长。
太阳能电池组件的寿命一般为二十年，微型逆变器的使用寿命应当与太阳能电池组件的寿命相当。
4）体积小。
微型逆变器直接与太阳能电池组件集成在一起，其体积越小越简单与太阳能电池组件集成。
5）成本低。
低成本是产品进展的必定趋势，也是微型逆变器市场化的需求。
认真权衡这些高层次要求是确定MCU需要哪些功能的最好方法，例如，当并联太阳能电池组件时需要负载平衡掌握。
所选MCU 必需能检测负载电流以及能通过开/关掌握MOSFET上升或降低输出电压，这需要一个高速片上ADC来采样电压和电流。
对于针对光伏逆变器应用所设计的MCU，一个极具价值的特性是双片上振荡器，可用于时钟故障检测以提高牢靠性。
能够同时运行两个系统时钟的力量也有助于削减太阳能电池组件安装时消失的问题。
由于在微型逆变器设计中分散了如此多的创新，对MCU来说，其最重要的特性或许就是软件编程力量，该特性使得在电源电路设计和掌握中拥有最高的敏捷性。
片上集成恰当的掌握外设以及高模拟集成度是保证系统低成本的两个基本要素，为执行针对优化转换、系统监控和能量存储各环节中的效率所开发出的算法，高性能也是必需的。
2.微型逆变器拓扑结构微型逆变器的特别应用需求，打算了其不能采纳传统的降压型逆变器拓扑结构，如全桥、半桥等拓扑，而应当选择能够同时实现升降压变换功能的变换器拓扑，除能够实现升降压变换功能外，还应实现电气隔离；另一方面，高效率、小体积的要求打算了其不能采纳工频变压器实现电气隔离，需要采纳高频变压器。
浅谈如何改进光伏并网逆变器的拓扑结构
浅谈如何改进光伏并网逆变器的拓扑结构摘要:本文运用理论分析和实证分析相结合的方法，与电站的实际发电数据相结合研究光伏电站逆变器的拓扑结构，提出改进光伏并网逆变器拓扑结构的途径，对光伏逆变器的效率提升、光伏电站的设计等有一定的参考价值。
关键词：光伏电站拓扑结构多路MPPT一一、引言并网逆变器作为并网发电系统进行电能变换的核心，具体电路拓扑众多，根据直流侧电源性质的不同可分为两种：电压型逆变器和电流型逆变器，结构如图1。
电流型逆变器，其直流侧输入为电流源，需要串联一大电感提供较为稳定的直流电流输入，但大电感会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用直流侧以电压源为输入的电压型逆变器。
根据逆变器的输入端和输出端是否隔离，可将逆变器分为隔离型和非隔离型。
隔离型逆变器一般都采用变压器进行隔离。
隔离型逆变器又可分为高频变压器型和工频变压器型。
也可以根据功率变换的级数将逆变器分为单级式和多级式。
图3 高频变压器型逆变器拓扑高频变压器与工频变压器相比，体积小、重量轻，大大减小了投资成本。
因此，一般倾向于采用高频变压器实现升降压和隔离的功能。
为了尽可能提高效率和降低成本，并网逆变器向无变压器的非隔离型发展。
与隔离型逆变器相比，非隔离型逆变器具有体积小、成本低、效率高等优点。
但由于输出与输入之间没有隔离，光伏模块存在一个较大的对地寄生电容，从而导致较大的对地漏电流。
此漏电流会严重影响逆变器工作模式，也可能引发安全事故。
2.2 按功率变换的级数分类单级式并网逆变器如图4所示，由于直接将太阳能光伏板发出的直流电通过逆变器并入电网，因此结构简单，所需元器件少，体积较小，高效低功耗，减少资金投入，目前已成为研究热点。
多级式并网逆变器相对于单级式来说需要多一级的能量转换，其中前几级具备升降压或隔离的功能，用以实现电压调整和MPPT的功能；最后一级实现单位功率因数并网、孤岛检测等功能，如图5所示。
此类拓扑结构简化了各级的控制方法，提高了各级控制方法的效率。
光伏并网逆变器硬件电路的设计
光伏并网逆变器硬件电路的设计光伏并网逆变器硬件电路的设计包括直流输入电路、逆变器电路、滤波器电路、控制保护电路等几个方面。
首先是直流输入电路，其主要功能是将光伏组件输出的直流电能输入到逆变器电路中。
直流输入电路一般采用串联电感、滤波电容、电流采样和限流保护等元件，保证直流输入电压稳定，并对电流进行监测和保护。
接下来是逆变器电路，其主要功能是将直流电能转换为交流电能。
逆变器电路一般采用全桥式电路，通过控制开关管的导通和断路，实现直流电能的逆变。
逆变器电路中包含开关管、滤波电容、谐振电感等元件，通过合理的设计，可以实现高效率的逆变效果，并保证逆变后的交流电能质量。
在逆变器电路的输出端，还需要设计滤波器电路，以提高逆变器输出电能的纯度和稳定性。
滤波器电路一般采用LC滤波器，通过合理的选择电感和电容值，可以滤除逆变器输出中的高次谐波成分，并减小交流输出电压的波动，提高并网逆变器的输出电能质量。
最后是控制保护电路的设计，主要用于监测逆变器电路的工作状态，实现对逆变器的控制和保护。
控制保护电路一般包括微控制器、电流、电压传感器等元件，通过采集逆变器输入输出电流和电压等参数，实时监测逆变器工作状态，并根据需要进行调整和保护。
光伏并网逆变器硬件电路的设计需要兼顾效率、性能和可靠性等多个方面的要求。
在设计过程中，需要合理选择电路元件的参数，进行电路优化和选型，以提高逆变器电路的效率和稳定性。
此外，还需要进行实际电路的布局和连接，确保电路的连接可靠和电磁兼容性良好，以保证光伏并网逆变器的长期可靠运行。
综上所述，光伏并网逆变器硬件电路的设计是光伏逆变器工作的基础和核心，在光伏逆变器系统中具有重要的作用。
通过合理的设计，可以实现光伏逆变器稳定高效的工作，提高光伏发电系统的电能质量和经济效益。
三相光伏并网逆变器拓扑结构和其控制方案
袁同浩 13721244
主要内容
一 三相并网光伏逆变器基本拓扑及其控制方案 二 中点钳位式逆变器拓扑结构及其控制方案 三 H桥级联式逆变器拓扑结构及其控制方案 四 直流母线式逆变器拓扑结构及其控制方案
三相并网光伏逆变器基本拓扑及其控制方案
L1
VD1
V1 V3 V5
C1
C2
V7
PV
V1
V3 V5
L
V4
V2 V6
C
直流母线式三相光伏并网逆变器
谢 谢!
H桥级联式逆变器拓扑结构及其控制方案
另一种H桥级联式三相光伏并网逆变器
H桥级联式逆变器拓扑结构及其控制方案
阶梯波控制的SPWM
H桥级联式逆变器拓扑结构及其控制方案
混合H桥级联式三相光伏并网逆变器
直流母线式逆变器拓扑结构及其控制方案
L1
VD1
C1
C2
V7
PV
L1
VD1
C1
C2
V7
PV
L1
VD1
U/V
环境参数不变时
光照变化时变化时
三相并网光伏逆变器基本拓扑及其控制方案
输入控制 输出控制
采用电压源型控制
若以电流源方式控 制逆变器，需要在 直流侧串联大电感。 导致系统响应变慢。
采用电流源型控制
输出电压被电网电 压钳位住，控制复
杂精度低。
中点钳位式逆变器拓扑结构及其控制方案
L1 VD13
V1
L
C1
C2
V7
PV
V4 V2 V6
C
三相光伏并网逆变器基本拓扑
三相并网光伏逆变器基本拓扑及其控制方案
第章光伏并网逆变器的电路拓扑
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输出负向电流
S-以电网频率开关。
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这种变换器的主要特征：
1） 当不需要升压（即VPE>|Vg|）时，S1(S2) 以高频方式开关。
2）当升压电路工作（即VPE<|Vg|）时， S3(S4)以高频方式开关。
3）S+（S-）以电网频率开关工作，其通断 取决于电压的极性。
S1和S4以高频方式开 关，S5的开关状态与 S1、S4的正好相反。
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这种变换器的主要特征：
全桥电路的开关管采用类似于双极性调制的方 式开关，即对角线上的开关管同时动作。在每一 次将桥臂上的所有开关管都关断并将S5闭合时， 就可以获得零电压状态。
优点：
1）滤波器上的电压是单极性的，从而降低 了铁芯损耗。
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输出负向电流
S5和S6以高频方式 开关， S2和S3以电网 频率开关。
S5和S6以高频方式 开关， S2和S3以电网 频率开关。
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这种变换器的主要特征：
1）S5和S6以高频方式开关， S1（S2）和S3 （S4）以电网频率开关。
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图5-22 电压型高频链MI典型拓扑 c) 半桥式 d) 全桥式
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电流型高频链微型光伏并网逆变器
图5-23 电流型高频链MI典型拓扑 a) 反激式 b) 推挽式
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光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构
光伏并网逆变器及其拓扑结构的设计对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价比的。
但是对于光伏逆变器的设计而言，对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，欧洲效率的最大化才是最重要的。
因为对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益，欧洲效率的提高同样可以，而且更加明显。
欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。
它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。
欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分。
因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率(图1)。
图 1: 欧洲效率计算比重1、功率器件的选型在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，IGBT是最多被使用的器件。
因为IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。
从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。
但是对于光伏逆变器而言，IGBT的这个特性反而成为了缺点。
因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。
在轻载时，IGBT的导通压降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。
相反，MOSFET的导通压降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力，MOSFET成为了光伏逆变器的首选。
另外考虑到提高欧效后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如SiC二极管，也正在越来越多的被应用在光伏逆变器的设计中，SiC肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损耗，降低电磁干扰。
为了得到最大输入功率，电路必须具备根据不同太阳光条件自动调节输入电压的功能，最大功率点一般在开环电压的70%左右，当然这和具体使用的光伏电池的特性也有关。
典型的电路是通过一个boost电路来实现。
然后再通过逆变器把直流电逆变为可并网的正弦交流电。
光伏并网逆变器硬件电路的设计
光伏并网逆变器硬件电路的设计
光伏并网逆变器是将光伏发电产生的直流电能转换为交流电能供应到公共电网的设备。
光伏逆变器的核心部分是逆变电路，该电路负责将直流电源转换为交流电源，并满足电网对交流电能的要求。
在设计光伏并网逆变器的硬件电路时，需要考虑以下几个方面：
1.逆变器的输入电路设计：光伏电池的输出电压通常为较高的直流电压。
在逆变电路中，需要使用电容、电感等元器件来进行滤波和降压，将电压调整为适合逆变器工作的范围。
2.逆变器的输出电路设计：逆变器的输出需要连接到公共电网中，因此需要满足电网对交流电源的要求。
输出电路通常包括滤波电路和功率放大电路，用于将逆变器输出的交流电能调整为电网标称电压、频率下的交流电能。
3.控制电路设计：逆变器的工作需要通过控制电路来实现。
控制电路包括信号采集、信号处理、PWM控制等功能。
采用微处理器或者单片机作为控制单元，可以实现对逆变器的控制和管理。
4.保护电路设计：逆变器在工作过程中可能会遭受各种故障，例如过压、过流、短路等。
因此，保护电路的设计非常重要，用于保护逆变器的安全运行。
保护电路通常包括过压保护、过流保护、短路保护等功能。
在设计光伏并网逆变器的硬件电路时，需要考虑到上述各个方面，确保逆变器的性能稳定、安全可靠。
同时，还需要根据光伏发电系统的具体要求，选择合适的元器件和电路结构，以提高逆变器的能效和可靠性。
总之，光伏并网逆变器硬件电路的设计是一个复杂而重要的工作，需要综合考虑多个因素并进行合理的设计和优化。
第五章 光伏并网逆变器的电路拓扑总结
5-25Βιβλιοθήκη 5.4 多支路光伏并网逆变器
5.4.1 隔离型多支路光伏并网逆变器
图5-20 多支路高频链光伏并网逆变器结构
5-26
5.4 多支路光伏并网逆变器
5.4.1 隔离型多支路光伏并网逆变器
图5-21 多支路高频链光伏并网逆变器系统整体控制框图
5-27
5.4 多支路光伏并网逆变器
5.4.2 非隔离型多支路光伏并网逆变器
图5-7 三相工频隔离型结构 a) 三相两电平 b) 三相三电平
5-10
5.2 隔离光伏并网逆变器
5.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器
DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器，单级容量一般在 几个千瓦以内，整机工作效率大约在93%以上。
图5-8 DC/DC变换型高频链光伏并网系统一 a) 电路组成 b) 波形变换模式
第五章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
光伏并网逆变器的电路拓扑
光伏并网逆变器的分类 隔离型光伏并网逆变器 非隔离型光伏并网逆变器 多支路光伏并网逆变器 微型光伏并网逆变器
5-1
第五章 光伏并网逆变器的电路拓扑
光伏并网逆变器将太阳能电池输出的直流电转换成 符合电网要求的交流电再输入电网，是光伏并网系 统能量转换与控制的核心。 光伏并网逆变器的性能影响和决定整个光伏系统是 否能够稳定、安全、可靠、高效地运行，同时也是 影响整个系统使用寿命的主要因素。 本章将对光伏并网逆变器进行分类讨论。
5.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器
优点：结构简单、可靠性高、抗冲击性能好、安全性高、无直流电 流问题。 缺点：体积大、质量重、噪声高、效率低。
图5-5 工频隔离变压器对系统效率的影响
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5.2 隔离光伏并网逆变器
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光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构首先，光伏并网逆变器的拓扑结构有很多种，常用的有串联逆变器、并联逆变器以及单相桥式逆变器等。
1.串联逆变器
串联逆变器是将多个逆变单元串联在一起，通过分时工作的方式实现高电压输出。
它能够实现更高的输出功率和电压，适用于大容量的光伏发电系统。
2.并联逆变器
并联逆变器是将多个逆变单元并联在一起，实现总输出功率的叠加。
它具有输出功率分散、可靠性高的特点，适用于小功率的光伏发电系统。
3.单相桥式逆变器
单相桥式逆变器是采用单相桥式整流电路和逆变电路，能够实现交流输出。
它结构简单，适用于小功率的光伏发电系统。
选取逆变器的拓扑结构时，需要考虑光伏电池板的输出电压和功率以及电网的要求。
不同的拓扑结构有不同的特点和适用场景，设计者需要根据具体需求选择最合适的拓扑结构。
在硬件设计中，光伏并网逆变器的主要电路包括：整流电路、滤波电路、逆变电路和控制电路等。
1.整流电路：用于将光伏板输出的直流电转换为交流电。
常见的整流电路包括单相全波桥式整流电路和三相全波桥式整流电路等。
2.滤波电路：用于去除转换过程中产生的谐波和噪声，保证逆变器输出的电流和电压的纯净度。
常见的滤波电路有LC滤波电路和LCL滤波电路等。
3.逆变电路：用于将直流电转换为交流电，并注入电网。
常见的逆变电路有全桥逆变电路和半桥逆变电路等。
4.控制电路：用于控制逆变器的输出电流和电压，以及保护逆变器的安全运行。
控制电路通常包括微控制器、驱动电路、保护电路等。
在硬件设计过程中，需要选取合适的元器件和电路参数。
如选择功率器件时需要考虑功率损耗、开关速度等因素；选择电容和电感时需要考虑峰值电流和谐振频率等因素。
同时，还需要设计合理的散热系统来保证逆变器的温度和性能稳定。
总而言之，光伏并网逆变器的硬件设计和拓扑结构是实现光伏发电系统有效注入电网的关键。
合理的硬件设计和拓扑结构能够提高逆变器的效率和可靠性，从而提高光伏发电系统的整体性能。