光伏并网逆变器拓扑结构分析与性能比较

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单相桥式光伏逆变器拓扑结构的比较与仿真

……………………. ………………. …………………山东农业大学毕业论文单相桥式光伏逆变器拓扑结构的比较与仿真装订线……………….……. …………. …………. ………院部机械与电子工程学院专业班级电气工程及其自动化3班届次20**届学生姓名张前进学号指导教师二О一五年六月一日二О一一年六月十日摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.2 光伏发电简介 (2)1.3 本文研究的主要内容 (3)2 逆变器及其分类 (3)2.1 逆变器简介 (3)2.2 逆变器的分类 (3)2.2.1 依据直流侧直流电源的性质 (3)2.2.2 根据输出交流电压的性质 (4)2.2.3 根据逆变主电路的结构 (4)2.2.4 根据开关器件及其关断方式的不同 (4)2.3 独立光伏逆变器 (4)2.4 并网光伏系统逆变器 (5)3 光伏并网逆变器的设计要求 (5)3.1 逆变原理 (6)3.2 隔离型光伏并网逆变器 (6)3.2.1 隔离型光伏并网逆变器的特点 (6)3.2.2 隔离型光伏逆变器的拓扑结构 (7)3.3 非隔离型光伏并网逆变器 (8)3.3.1 非隔离型光伏并网逆变器的优缺点 (8)3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器的典型拓扑结构 (8)4 仿真分析 (9)5 总结与展望 (16)参考文献 (17)致谢 (18)Abstract (I)1 Introduction (1)1.1 Setback and meaning of the subject (1)1.2 Introductoin to Photovoltaic power generation (2)1.3 Main contents of this paper (3)2 Inverters and its classification (3)2.1 Introduction to inverters (3)2.2 Classication of inverters (3)2.2.1 By DC side direct current source (3)2.2.2 By the characters of AC side ................................. 错误！未定义书签。

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。

无变压器光伏并网系统拓扑仿真与特性比较

作者简介：苏昆仑（1989-），男，硕士研究生，Email ：11121658@无变压器光伏并网系统拓扑仿真与特性比较苏昆仑1，谢桦2（北京交通大学电气工程学院，北京市，海淀区 100044）摘要：对单相无隔离变压器光伏并网系统共模电流的产生机理进行简要分析，并对单相全桥拓扑的两种控制方式分别进行仿真。

同时对多种能够消除共模电流的单相无隔离变压器光伏并网系统的拓扑进行分析与仿真。

从拓扑器件数量、控制复杂程度、功率损耗、滤波效果、系统共模电流五个方面比较各种拓扑的优劣，最后，分析结果表明，H5拓扑结构最优，适合未来实际发展与推广。

关键词：共模电流；仿真；光伏并网；无隔离变压器；开关损耗中文分类号：TM401; TM403 文献标识码：ASimulation Research and Features Comparison of Transformerless PV Inverters TopologySU Kun-lun ，XIE Hua（School of Electrical Engineering ，Beijing Jiao Tong University ，Beijing 100044，China ）Abstract: It is analyzed briefly the mechanism of common mode current generation for the single phase transformerless photovoltaic(PV) grid system and simulate for the two kinds of control methods of single phase full bridge topology. analyse and simulate for lots of transformerless single-phase PV inverter topologies and these topologies can eliminate the common mode current. They are compared in device number, control complexity, power loss, filtering effect, the common mode current. Finally, the analysis results show that H5 topology is optimal, suitable for the actual development and promotion .Key word ：common-mode current ；simulation ；photovoltaic grid-connected ；switching loss0引言随着分布式发电的日益发展，小功率单相逆变器有着广泛的市场，因此我们的研究对象是单相逆变器，传统的光伏并网逆变器通常是带有隔离变压器，起电气隔离作用。

三相光伏并网逆变器的研究

三相光伏并网逆变器的研究一、本文概述随着全球能源结构的转型和可持续发展目标的推进，光伏发电作为清洁、可再生的能源形式，其重要性日益凸显。

三相光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其性能直接影响到光伏电能的转换效率和并网运行的稳定性。

因此，对三相光伏并网逆变器的研究具有重要的理论价值和现实意义。

本文旨在全面深入地研究三相光伏并网逆变器的关键技术、工作原理、控制策略以及并网性能优化等方面。

文章将介绍三相光伏并网逆变器的基本结构和功能，包括其主要组成部件和工作原理。

接着，将重点探讨三相光伏并网逆变器的控制策略，包括最大功率点跟踪（MPPT）技术、并网电流控制技术以及孤岛检测技术等。

文章还将分析三相光伏并网逆变器的并网性能优化方法，包括提高电能转换效率、降低谐波污染、增强并网稳定性等方面的研究。

通过本文的研究，旨在为三相光伏并网逆变器的设计、制造和应用提供理论支持和实践指导，推动光伏发电技术的进步和发展，为实现全球能源可持续发展做出贡献。

二、三相光伏并网逆变器的基本原理三相光伏并网逆变器是将光伏电池板产生的直流电能转换为符合电网要求的三相交流电能并直接馈送到电网的电力电子设备。

其基本原理涉及电能转换、功率控制、并网同步以及电能质量控制等多个方面。

光伏电池板在光照条件下产生直流电能，这个直流电压和电流随光照强度和环境温度的变化而变化。

三相光伏并网逆变器的主要任务是将这种不稳定的直流电能转换为稳定的三相交流电能。

在转换过程中，逆变器首先通过功率变换电路将直流电能转换为高频交流电能。

功率变换电路通常由多个开关管组成，通过控制开关管的通断，实现对直流电能的斩波和控制。

高频交流电能经过滤波电路滤波后，变为平滑的交流电能。

接着，逆变器通过并网控制电路实现与电网的同步，并将转换后的交流电能馈送到电网。

并网控制电路通过检测电网的电压和频率，控制逆变器的输出电压和频率与电网保持一致，从而实现并网。

三相光伏并网逆变器还具备电能质量控制功能。

第章光伏并网逆变器的电路拓扑

济南大学物理学院
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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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业界技术发展趋势——逆变器拓扑结构发展趋势

业界技术发展趋势——逆变器拓扑结构发展趋势Simon.H1 光伏并网逆变器拓扑结构发展趋势在光伏并网发电系统中，逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备，其拓扑结构决定着整个系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素．由于光伏并网逆变器的结构拓扑种类众多、性能特点各异，其原理分析和性能比较，对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义．1.1 五种常见拓扑结构类型目前，市场上常见的逆变器拓扑结构按照频率及有无变压器分，可简单分为以下五种类型：（1）直接逆变型优点：没有工频变压器，重量轻，效率高（>97%），结构简单，成本低。

缺点：交、直流之间无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；MPPT直流输入电压，即太阳能电池板输出电压要大于350V，提高了系统的绝缘要求，容易出现漏电现象。

（2）工频隔离型优点：工频变压器隔离，安全性能良好；结构简单，可靠性高，抗冲击性能好；直流侧MPPT输入电压一般在200V~800V。

缺点：系统效率低，笨重。

（3）高频隔离型优点：高频电气隔离，重量轻，效率在93%左右。

缺点：由于高频隔离环节（DC-AC-DC）功率等级较小，此结构适合于5kW以下机型；EMC设计难度高；系统抗冲击性差。

（4）高频升压不隔离型优点：效率高，重量轻，太阳能电池直流输入范围宽（150V~500V）。

缺点：无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；EMC设计难度高。

（5）多MPPT单逆变型优点：效率高，重量轻，太阳能电池直流输入范围宽（150V~500V）；多路MPPT输入，适用于更多场合。

缺点：无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；EMC设计难度高。

1.2 逆变器厂家采用的拓扑结构从以上表格数据看，厂家为了提高效率和降低成本都普遍采用高频无隔离型拓扑结构，市场需求两比较大；受少数国家地区政策限制，还有少量的工频隔离型逆变器存在，市场需求量小；但是，兼顾了提高效率、降低成本和电气隔离的，部分厂家采用拓扑结构，只是产品还不够丰富，说明市场需求不大。

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
5-8
5.2 隔离光伏并网逆变器

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第21卷第1期苏州市职业大学学报V ol.21,No.1 2010年3月Journal of Suzhou V ocational University Mar., 2010
光伏并网逆变器拓扑结构分析与性能比较
余运江1，李武华2，邓焰2，臧曙1
(1.镇江船艇学院工程系，江苏镇江 212003；2.浙江大学电力电子技术研究所，浙江杭州 310027）
摘要：太阳能并网发电技术日益成为研究热点,并网逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备,其拓扑结构决定着整个光伏并网发电系统的效率和成本,是影响系统经济可靠运行的关键因素.在简要介绍光伏并网逆变器常用拓扑方案基础上,重点分析了其有代表性拓扑结构的特点、效率及适用场所,并给出了并网逆变器拓扑结构未来可能的发展趋势.
关键词：光伏; 并网逆变器; 拓扑结构
中图分类号：TM46 文献标志码：A 文章编号：1008-5475(2010)01-0013-06
Compare and Analysis on Topologies of Inverters for a Grid-connected
Photovoltaic Power System
YU Yun-jiang1，LI Wu-hua2，DENG Yan2，ZANG Shu1
(1.Department of Engineering, Zhenjiang Watercraft College, Zhenjiang 212003, China；
2.Power Electronics Research Institute, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
Abstract: Photovoltaic (PV) grid-connected power system is becoming a hot research area. As the interconnection of the PV arrays and the power grid, the topology structure of the grid-connected inverter is very important. Because it determines the system efficiency, cost and reliability. The art-of-the-state topologies for grid-connected power system was classified and introduced. Furthermore, the performance, the efficiency and the applications of the main grid-connected inverters were analyzed.
At last, the future trend of the grid-connected inverters were given and summarized.
Key words:photovoltaic; grid-connected inverter; topology structure
光伏并网发电作为太阳能利用的主要形式之一,倍受广大科研人员的关注[1].寻求高性能、低造价的光伏材料和器件减小光伏发电系统的自身损耗是其研究热点之一.在光伏并网发电系统中,逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备,其拓扑结构决定着整个系统的效率和成本,是影响系统经济可靠运行的关键因素.由于光伏并网逆变器的结构拓扑种类众多、性能特点各异,其原理分析和性能比较,对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义.
1 光伏并网逆变器常用拓扑方案
光伏并网逆变器的具体电路拓扑众多,一般可按照有无变压器分类,也可根据功率变换的级数来进
收稿日期：2009-05-15；修回日期：2009-06-25
作者简介：余运江(1972-),男,河南商丘人,讲师,硕士,主要从事光伏并网发电技术研究; 李武华(1979-),男,湖南郴州人,讲师,博士,主要从事新能源并网发电开发与应用技术研究; 邓焰(1973-),男,四川宜宾人,副教授,博士,主要从事电力电子技术、开关功率变换相关理论、技术研究; 臧曙(1961-),男,湖南长沙人,教授,主要从事电气工程研究.。