光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构

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光伏逆变器的拓扑结构与性能优化

光伏逆变器的拓扑结构与性能优化

光伏逆变器的拓扑结构与性能优化光伏逆变器是太阳能发电系统的重要组成部分,它可以将直流电转换为交流电,以满足电网接入或独立电力供应的需求。

在设计和优化光伏逆变器的拓扑结构和性能时,需要考虑多种因素,包括效率、功率因数、谐波失真、电磁干扰等。

本文将介绍光伏逆变器的常见拓扑结构,以及在实际应用中如何优化其性能。

光伏逆变器的拓扑结构主要有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器和多电平逆变器等。

其中,单相桥式逆变器适用于单相光伏系统,拓扑简单、成本低廉。

三相桥式逆变器适用于三相光伏系统,能够提供更高的功率密度和更低的谐波失真。

而多电平逆变器则可以有效减小输出波形的谐波失真,提高系统的效率和可靠性。

在光伏逆变器的性能优化方面,首先要考虑的是其效率。

逆变器的效率直接影响到太阳能发电系统的整体效能。

为了提高逆变器的效率,可以采用高效的功率开关器件,如硅碳化物(SiC)器件,其开关速度快、导通压降低。

此外,还可以采用最大功率点追踪(MPPT)算法,在不同光照条件下,调整逆变器的工作点,以获得最大的输出功率。

其次,功率因数也是光伏逆变器性能优化的重要指标之一。

功率因数反映了电流和电压之间的相位差,功率因数越接近1,说明逆变器对电网的负载更加合适。

为了提高功率因数,可以采用电容滤波器或无源滤波器,将逆变器输出的谐波成分滤除,减小谐波失真,进而提高功率因数。

此外,光伏逆变器的谐波失真也需要得到重视和优化。

逆变器输出波形中存在的谐波成分会对电网和其他电气设备造成干扰,并增加能量损耗。

为了降低谐波失真,可以采用多电平逆变器拓扑结构,通过增加电平数来调整逆变器输出波形,减小谐波成分。

此外,还可以采用滤波器来滤除高次谐波,以获得更纯净的输出波形。

另外,光伏逆变器在工作过程中还会产生一定的电磁干扰。

为了减小电磁干扰,可以采用屏蔽器件、优化线路布局和地线设计,以提高光伏逆变器的抗干扰能力。

此外,还可以采用PWM调制技术,调整开关频率,减小高频谐波传输,从而降低电磁干扰的程度。

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

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。

光伏并网逆变器拓扑结构的研究

光伏并网逆变器拓扑结构的研究

光伏并网逆变器拓扑结构的研究刘 凯* 丁竹青 黄 勇 山东化工职业学院 潍坊 261108摘要 本文主要对光伏发电的核心部分——逆变器的拓扑结构进行介绍,在传统拓扑构造的基础上,分析几种新型的拓扑结构,对其工作原理进行理论分析,并通过仿真验证理论分析的合理性。

关键词 光伏并网 逆变器 拓扑结构 理论分析*刘 凯:讲师。

2013年毕业于中国石油大学(华东)动力工程及工程热物理专业获硕士学位。

现从事职业教育工作。

联系电话:133****7766, E-mail :****************。

太阳能作为一种新能源,已经广泛应用于人类社会生活中,其中太阳能发电技术比较成熟,运营成本较低,更是解决能源短缺和环境污染的有效途径之一。

光伏并网发电系统中,光伏并网逆变器作为发电系统的核心部分,将太阳能组件与电网进行了有效的连接,对电力系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。

1 传统电压逆变器光伏并网发电,是将光伏阵列产生的直流电转变为符合市电电网要求的工频交流电,并将其接入电网的过程。

逆变器则是可将直流电转换为交流电的电力变换设备,由于太阳能组件发出的是直流电,一般的负载多数为交流负载,因此,逆变器是太阳能发电技术中必不可少的一部分。

逆变器作为发电系统的重要组成,其太阳能发电的效率与逆变器的性能息息相关。

传统的光伏并网发电系统见图1,该系统是由太阳能组件、去耦大电容、传统逆变器、滤波电感部分和电网构成,其核心为传统电压源逆变器,通过驱动信号控制六个开关管的导通和关断而得到正弦规律变化的平均电压。

传统电压源逆变器结构简单,元器件少,但存在一些固有缺点:①由于直流侧并联大电容,相当于电压源,回路不允许短路,交流侧要求接感性负载或串接电感,以保证电压源逆变器可靠工作;②传统电压源型逆变器只可实现降压,其输出的交流电压低于直流母线上的电压,若希望得到较高的输出电压,需通过升压变换器将直流侧电压升高,从而满足电网电压的要求,增加升压变换器的发电系统可称为两级式并网发电系统,控制电路为级间控制,控制复杂,而且效率降低,成本较高;③逆变桥同一桥臂的上下两只开关管不允许同时导通,否则会工作在直通短路状态,为防止直通,需要加入死区时间,造成能量转换效率低,投入成本较高等。

光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构

光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构

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。

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

三相光伏并网逆变器拓扑结构和其控制方案
三相光伏并网逆变器拓扑结构及其控制方案
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

光伏逆变器的设计与控制

光伏逆变器的设计与控制

光伏逆变器的设计与控制光伏逆变器是在光伏发电系统中至关重要的一部分,它负责将由光伏组件产生的直流电转变为交流电供应给电网或负载。

在光伏逆变器的设计与控制过程中,需要考虑电流、电压、频率等多个因素,以确保逆变器的高效运行和安全性。

本文将详细介绍光伏逆变器的设计和控制方法。

一、光伏逆变器的设计1. 逆变器拓扑结构设计逆变器的拓扑结构决定了其工作性能和效率。

典型的逆变器结构包括单相桥式逆变器、三相桥式逆变器、多级逆变器等。

在选择逆变器拓扑时,需要考虑系统的功率要求、设计成本、效率等因素。

2. 开关器件选择逆变器的开关器件是实现电能转换的核心组件,常用的有IGBT、MOSFET等。

在选择开关器件时,需要考虑其导通压降、开关速度、损耗等因素,以确保逆变器的性能和效率。

3. 控制电路设计逆变器的控制电路决定了其电流与电压的调节性能。

常用的控制电路有电压闭环控制和电流闭环控制。

其中,电压闭环控制通过反馈系统控制输出电压,电流闭环控制通过反馈系统控制输出电流,可以实现更精确的电流控制。

4. 滤波器设计在光伏逆变器的输出端需要加入滤波器来滤除谐波和噪声。

滤波器的设计应考虑其频率特性和衰减特性,以确保逆变器输出的交流电质量良好。

二、光伏逆变器的控制1. MPPT算法最大功率点追踪(MPPT)是光伏逆变器控制的重要环节。

光伏组件的输出功率与光照强度、温度等因素相关,MPPT算法通过不断调整逆变器的工作状态,追踪出光伏组件的最大功率点,从而提高光伏系统的整体效率。

2. 电网连接控制光伏逆变器通常需要与电网连接,与电网进行同步运行。

在电网连接控制中,需要考虑电压频率、相位等因素,确保逆变器输出的交流电与电网保持同步,并满足电网的电压、频率等要求。

3. 故障保护光伏逆变器的故障保护是确保逆变器安全运行的重要环节。

常见的故障包括过压、过流、短路等,逆变器应具备对这些故障进行检测和保护的能力,同时及时发出警报并停机,以避免损坏设备或危害人身安全。

光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构

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。

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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。

2、单相无变压器式光伏逆变器拓扑结构的设计:
拓扑结构的选择和光伏逆变器额定输出功率有关。

对于4kw以下的光伏逆变器,通常选用直流母线不超过500V,单相输出的拓扑结构,如图2所示:
图2: 单相无变压器式光伏逆变器功能图
这个功能可以通过以下的原理图实现(图3)
600V
图3: 单相无变压器式光伏逆变器原理图
Boost电路通过对输入电压的调整实现最大功率点跟踪。

H桥逆变器把直流电逆变为正弦交流电注入电网。

上半桥的IGBT作为极性控制器,工作在50HZ,从而降低总损耗和逆变器的输出电磁干扰。

下半桥的IGBT或者MOSFET进行PWM高频切换,为了尽量减小Boost电感和输出滤波器的大小,切换频率要求尽量高一些,如16KHz。

本研究使用功率模块来设计光伏逆变器,因为把图3拓扑结构上的所有器件集成到一个模块里面,可以使安装简单、可靠,同时研发设计周期短,可以更快地把产品推向市场,并使设备具有更好的电气性能。

对于功率模块的设计,我们需要注意以下几点:
(1)直流母线环路低电感设计
为了实现这个目标,我们必须同时降低模块内部和外部的寄生电感。

为了降低模块内部的寄生电感,必须优化模块内部的绑定线,管脚布置以及内部走线。

为了降低模块外部寄生电感,我们必须保证在满足安全间距的前提下,Boost电路和逆变桥电路的直流母线正负两端尽量靠近。

(2)给快速开关管配置专有的驱动管脚
开关管在开关过程中,绑定线的寄生电感会造成驱动电压的降低。

从而导致开关损耗的增加,甚至开关波形的震荡。

在模块内部,通过给每个开关管配置专有的驱动管脚(直接从芯片上引出),这样就可以保证在驱动环路中不会有大电流流过,从而保证驱动回路的稳定可靠。

这种解决方案目前只有功率模块可以实现,单管IGBT还做不到。

图4显示了Vincotech公司最新推出的光伏逆变器专用模块flowSOL-BI(P896-E01),它集成了上面所说的优点:
图4: flowSOL-BI –boost 电路和全桥逆变电路
技术参数:
Boost 电路由MOSFET(600V/45mΩ)和SiC 二极管组成,旁路二极管主要是当输入超过额定负载时,旁路Boost 电路,从而改善逆变器整体效率。

H 桥电路上半桥由75A/600V IGBT 和SiC 二极管组成,下半桥由MOSFET(600V/45mΩ)组成,此模块集成了温度检测电阻。

单相无变压器光伏逆变器专用模块flowSOL0-BI 的效率计算:
这里我们主要考虑功率半导体的损耗,其他的无源器件,如Boost 电感,输出滤波电感的损耗不计算在内。

基于这个电路的相关参数,仿真结果如下: 仿真条件:
2in P kw =
16PWM f kHz = 300PV nominal V V -= 400DC V =
图 5: boost 电路效率仿真结果 EE=99.6%
图6 flowSOL-BI 逆变电路效率仿真结果EE=99.2%
标准IGBT全桥EE=97.2% (虚线)
根据仿真结果我们可以看到,模块的效率几乎不随负载的降低而下降。

模块总的欧洲效率(Boost+Inverter)可以达到98.8%。

即使加上无源器件的损耗,总的光伏逆变器的效率仍然可以达到98%。

图6虚线显示了使用常规功率器件,逆变器的效率变化。

可以明显看到,在低负载时,逆变器效率下降很快。

3、三相无变压器光伏逆变器拓扑结构的设计
大功率光伏逆变器需要使用更多的光伏电池组和三相逆变输出(图7),最大直流母线电压会达到1000V。

图7 三相无变压器式光伏逆变器功能图
这里标准的应用是使用三相全桥电路。

考虑到直流母线电压会达到1000V,那开关器件就必须使用1200V的。

而我们知道,1200V功率器件的开关速度会比600V器件慢很多,这就会增加损耗,影响效率。

对于这种应用,一个比较好的替代方案是使用中心点钳位(NPC=neutral point clamped)的拓扑结构(图8)。

这样就可以使用600V的器件取代1200V 的器件。

Boost inductor
SiC3600V
600V MOS4
IGBT3
600V trench
line inductor
220v
Boost inductor
400V
400V
SiC3600V
125-430v
125-430v
600V MOS3
SiC3 600V
SiC3 600V
CoolMOS2600V
CoolMOS1600V
400V
400V
IGBT4
600V trench 图 8: 三相无变压器 NPC 光伏逆变器原理图
为了尽量降低回路中的寄生电感,最好是把对称的双Boost 电路和NPC 逆变桥各自集成在一个模块里。

(1)双Boost 模块技术参数(图9):
双Boost 电路都是由MOSFET(600V/45mΩ)和SiC 二极管组成,旁路二极管主要是当输入超过额定负载时,旁路Boost 电路,从而改善逆变器整体效率模块内部集成温度检测电阻。

图9:flowSOL-NPB 对称双boost 电路
(2)NPC 逆变桥模块的技术参数(图10):
中间换向环节由75A/600V 的IGBT 和快恢复二极管组成,上下高频切换环节由MOSFET(600V/45m Ω)组成,中心点钳位二极管由SiC 肖特基二极管组成,模块内部集成温度检测电阻。

图10: flowSOL-NPI – NPC 逆变桥
对于这种拓扑结构,关于模块的设计要求基本类似于前文提到的单相逆变模块,唯一需要额外注意的是,无论是双Boost 电路还是NPC 逆变桥,都必须保证DC+,DC-和中心点之间的低电感设计。

有了这两个模块,就很容易设计更高功率输出光伏逆变器。

例如使用两个双Boost 电路并联和三相NPC 逆变桥就可以得到一个高效率的10kW 的光伏逆变器。

而且这两个模块的管脚设计充分考虑了并联的需求,并联使用非常方便。

图11:双boost模块并联和三相NPC逆变输出模块布局图
针对1000V直流母线电压的光伏逆变器,NPC拓扑结构逆变器是目前市场上效率最高的。

图12比较了NPC模块(MOSFET+IGBT)和使用1200V的IGBT 半桥模块的效率。

图12:NPC逆变桥输出效率(实线)和半桥逆变效率(虚线)比较
根据仿真结果,NPC逆变器的欧效可以达到99.2%,而后者的效率只有96.4%.。

NPC拓扑结构的优势是显而易见的。

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