光伏并网逆变器的电路拓扑PPT.ppt

*,济南大学物理学院,2,2,第五章光伏并网逆变器的电路拓扑,5.1,光伏并网逆变器的分类,5.2,隔离型光伏并网逆变器,5.3,非隔离型光伏并网逆变器,5.4,多支路光伏并网逆变器,5.5,微型光伏并网逆变器,5.6,由,H,桥拓扑派生出的逆变器结构,5.7,由,NPC,拓扑派生出的逆变器结构,2,隔离型多支路光伏并网逆变器,2,非隔离型多支路光伏并网逆变器,图,5-21,基于,Boost,变换器的非隔离型光伏并网逆变器结构,2,非隔离级联型光伏并网逆变器,2,电压型高频链微型光伏并网逆变器,图,5-22,电压型高频链,MI,典型拓扑,a),反激式,b),推挽式,2,图,5-22,电压型高频链,MI,典型拓扑,c),半桥式,d),全桥式,2,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,2,图,5-23,电流型高频链,MI,典型拓扑,a),半桥式,b),全桥式,2,由,H,桥拓扑派生出的逆变器结构,H5,逆变器（,SMA,）,2,5.6.3 HERIC,逆变器（,Sunways,）,2006,年，,Sunways,公司申请了一项称之为,HERIC,（高效率和可靠逆变器概念）的逆变器拓扑结构专利，拓扑如图：,特点是在交流侧增加了一个采用两个背靠背,IGBT,器件的旁路桥臂。,2,交流旁路提供了两个重要功能：,1,）在零电压状态时避免了,L,1(2),和,C,PV,之间无功功率的交换，从而提高了效率。,2,）在零电压状态时将光伏模块和电网隔离，从而消除了,V,PE,中的高频成分。,电流的状态如图所示：,S,1,和,S,4,以高频方式开关，,S,+,以电网频率开关。,2,S,1,和,S,4,以高频方式开关，,S,+,以电网频率开关。,输出正向电流,输出负向电流,S,2,和,S,3,以高频方式开关，,S,-,以电网频率开关。,2,输出负向电流,S,2,和,S,3,以高频方式开关，,S,-,以电网频率开关。,2,这种变换器的主要特征：,1,）,S,1,-,S,4,和,S,2,-,S,3,以高频方式开关，,S,+,（,S,-,）以电网频率开关。,2,）输出电压中存在两种零电压状态：,S+=ON,和,S,-,=ON,（当桥臂关断时）。,优点：,1,）滤波器上的电压是单极性的，从而降低了铁芯损耗。,2,）,效率可高达,97%,，这是因为零电压状态时在,L,1(2),和,C,PV,之间没有无功功率交换，并且一个桥臂的开关频率低。,2,3,）,V,PE,中只含有,电网频率分量,而没有,开关频率,分量，因此产生的漏电流和,EMI,都很小。,缺点：,需要两个额外的开关。,评论：,HERIC,改善了采用,双极性,调制的全桥逆变器的性能，它通过,交流旁路,为电路增加,零电压,状态提高了效率。由于这种拓扑结构效率高、漏电流及,EMI,低，因此非常适合应用于无变压器型光伏逆变器。,2,Sunways,公司已经将这种拓扑结构商业化，最高效率可达,95.6%,。,应用于,AT,（,2.7-5kw,）系列。数据来源：,Photon International,2008,年,7,月。,HERIC,和,H5,的表现极为,相似,，两者在,零电压,状态时分别在,交流,侧和,直流,侧将发电单元和电网进行解耦，并且都使用,两个,以,高频,方式工作的开关和一个以电网频率工作的开关。,2,5.6.4 REFU,逆变器（,Refu Solar,）,2007,年，,Refu Solar,公司申请了一项称之为,REFU,的逆变器拓扑结构专利，拓扑如图：,特点是使用了交流侧旁路的一个半桥电路以及一个可旁路的,DC,-,DC,变换器。,半桥电路,升压旁路,升压电路,交流旁路,2,交流旁路提供了两个重要功能：,1,）在零电压状态时避免了,L,和,C,PV,之间无功功率的交换，从而提高了效率。,2,）在零电压状态时将光伏模块和电网隔离，从而消除了,V,PE,中的高频成分。,2,电流的状态如图所示：,交流旁路的实现方式与,HERIC,不同。它采用的是标准,IGBT,模块和二极管串联组成的单向开关，从而,消除了续流路径,。另一个特点是，使用了一个升压型变换器，高升压变换器仅在输入直流电压低于电网电压时起作用。,S,1,以高频方式开关，,S,+,以电网频率开关。,2,S,3,以高频方式开关，,S,+,以电网频率开关。,输出正向电流,S+,以电网频率开关。,2,输出负向电流,S,2,以高频方式开关，,S,-,以电网频率开关。,S,2,以高频方式开关，,S,-,以电网频率开关。,2,输出负向电流,S,-,以电网频率开关。,2,这种变换器的主要特征：,1,）当不需要升压（即,V,PE,|,Vg,|,）时，,S,1,(S,2,),以高频方式开关。,2,）当升压电路工作（即,V,PE,0,，,I,g,0,时，,S,1,和,S,3,以互补的方式开关；当,V,g,0,时，,S,2,和,S,4,以互补的方式开关。,2,1,）滤波器上的电压是单极性的，从而降低了铁芯损耗。,优点：,2,）,效率可高达,98%,，这是因为零电压状态时在,L,1(2),和,C,PV,之间不存在无功功率交换，并且一个桥臂的开关频率低。,3,）,外部开关的额定电压降为,V,PV,/4,，从而减少了开关损耗。,4,）,V,PE,是恒定的并等于,-V,PV,/2,，且不含开关频率分量，因此产生的漏电流和,EMI,都很小。,2,1,）需要两个额外的二极管。,缺点：,2,）,与全桥电路相比，需要双输入电压。,3,）,开关损耗不均衡：,桥臂的上部和下部开关管的损耗较高，中部的开关管损耗较低。,4,）在中性点连接处会引入电感，例如，,EMI,滤波器所产生的高频共模电压通过该电感会产生漏电流。,2,评论：,与,H5,、,HERIC,或,REFU,相比，,NPC,拓扑的性能极为相近。由于,NPC,拓扑效率高、漏电流及,EMI,低，,因而,NPC,拓扑非常适合应用于无变压器型光伏逆变器。,这种拓扑结构已经被,Danfoss Solar,公司将商业化，最高效率可达,96.5%,。,应用于,TripleLynx,（三相,10/12.5/15kw,）系列。数据来源：,Photon International,2010,年,7,月。,2,5.7.2 conergy NPC,逆变器,Conergy,公司发明并申请了一项源自经典,NPC,的半桥拓扑，拓扑如图：,这种拓扑使用两个串联的背靠背,IGBT,来实现双向开关，从而将输出钳位在中性点。,2,其主要思路是：依据电流的符号使用,S+,或,S-,将输出,钳位至接地的直流侧中点,，从而获得零电压状态。,产生,正向和负向交流电流的开关状态如下：,输出正向电流,2,2,输出负向电流,2,这种变换器的主要特征：,1,）,S,1,(S,4,),和,S+S-,以高频方式工作。,2,）有两种零电压状态：,S+,、,D+=ON,和,S,-,、,D,-,=ON,。,优点：,1,）滤波器上的电压是单极性的，从而降低了铁芯损耗。,2,）,效率可高达,98%,，这是因为零电压状态时在,L,1(2),和,C,PV,之间不存在无功功率交换，以及,Conergy NPC,逆变器工作在非零电压状态时只有一个开关管导通使得压降减少。,2,3,）,V,PE,是恒定的并等于,-V,PV,/2,，且不含开关频率分量，因此产生的漏电流和,EMI,都很小。,4,）与经典的,NPC,相比，其开关损耗是均衡的。,缺点：,1,）,S,1,和,S,2,的额定电压值为,NPC,外部的开关管的两倍。,2,）,与全桥拓扑相比，该拓扑需要双电压输入。,3,）在中性点连接处会引入电感，例如，,EMI,滤波器所产生的高频共模电压通过该电感会产生漏电流。,2,评论：,这种拓扑结构已经被,Conergy,公司应用于,IPG,（,25kw,）单串式逆变器系列。最高效率可达,96.1%,。,数据来源：,Photon International,2007,年,7,月。,由于工作在非零电压工作时只有一个开关管导通，因此,Conergy NPC,的效率高、漏电流及,EMI,低，因此它非常适合应用于无变压器型光伏逆变器。,2,作业：,给出带交流旁路的全桥拓扑、带直流旁路的全桥拓扑的典型电路。,