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卷 第
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电 力 自 动 化 设 备
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光伏微型逆变器拓扑结构研究与分析
汪;
飞!
徐新蔚!
吴春华
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上海大学 机电工程与自动化学院 上海市电站自动化技术重点实验室
!
上海
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摘要
!
与集中式和组串式光伏并网逆变器不同
!
微型逆变器通常连接单块光伏组件
&
由于光伏组件具有最大
功率点跟踪控制%
灵活的拓展性和更高的可靠性
!
近几年微型逆变器发展迅速
!
但也存在着稳定性
%
转换效
率%
功率密度
%
使用寿命和成本上的挑战
&
阐述了微型逆变器设计中的要求与挑战
!
根据能量变换级数和母
线类型的不同
!
将现有微型逆变器电路拓扑结构分成
A
类
!
详细介绍了各类拓扑结构的优缺点
&
综合考虑不
同拓扑结构下微型逆变器的电路复杂程度
%
控制的难易度
%
能量转换效率的大小
%
成本高低以及寿命长短等
指标
!
给出了微型逆变器未来的发展方向
&
关键词
!
光伏
#
微型逆变器
#
拓扑结构
#
直流母线
#
伪直流母线
#
高频母线
中图分类号
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文献标识码
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收稿日期!#$%L
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修回日期!#$%L
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基金项目!国家自然科学基金资助项目" E%ELL%%!$#上海市
科委科技创新行动计划"%L$%$E$$#$$$
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$;引言
光伏发电系统通常采用的是并网模式!
将光伏
组件发出的电能传输到电网中' 根据直流侧光伏组
件组合方式的不同!
并网光伏发电系统一般可分为
A 种结构*集中式并网逆变系统#组串式并网逆变系
统#多组串式并网逆变系统和模块式并网逆变系
统
%%VE&
'
在模块式并网逆变系统中!
每块光伏组件都
与独立的 F>V0>变换器相连接' 由于该 F>V0>变
换器体积和重量相对较小
!
因此被称为微型逆变器
(2,)+.V,4T(+*(+) 或模块式逆变器( 2.M1'(,4*(R+3*(M
,4T(+*(+)'
模块式逆变器的概念是由加州理工大学 b-d实
验室于
#$ 世纪 L$ 年代提出' 受限于半导体开关
管#
微处理器的发展!
直到 %<<L
年才由美国 Q.'3+(?
公司实现商用
!
推出
#A$ a
的微型逆变器产品
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'
近几年微型逆变器发展迅速
!
特别是在小型民用光
伏发电领域
!
正越来越多地侵蚀着组串式逆变器的
市场份额' 根据国际知名市场咨询公司 HXQ 给出的
报告
!#$%!
年全球微型逆变器的出货量为
E$$ :a!
#$%L
年出货量预计为 # \a!
微型逆变器累计装机
容量将超过 L \a
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'
我国作为光伏生产和年装机
容量第一大国
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!微型逆变器在国内市场具有很大
的发展前景'
微型逆变器的输出功率通常低于 E$$ a
%<&
!
其
和单块光伏组件组合在一起
!
独立跟踪每块光伏组
件的最大功率点( :--) !是 A 种并网模式中最大功
率点跟踪
(:--C) 效率最高的实现方案' 借助模块
化技术
!
微型逆变器做到了真正的即插即用
( 6'1R
34M 6'3O
)!易于系统的安装#后续变更和扩容升级!
即使是不具备专业知识的用户也可以自行购买使
用
%%&
'
与传统式并网逆变系统不同!
微型逆变器系
统中不含高压直流母线!
提高了系统运行的安全性+
可以通过电力载波通信等方式检测各个独立模块的
工作状态!降低了后期维护成本
%%$&
'
更高的 :--C效率#更好的易用性#更低的安装
成本#更高的安全性以及完善的实时监测性!使得微
型逆变器成为未来光伏并网系统的发展方向之
一
%%%V%!&
' 但是工业应用对更强稳定性#更长使用寿
命#
更高能量转换效率#
更高功率密度和更低单位瓦
数成本等的需求!
给微型逆变器的设计带来了巨大
的挑战'
为了概括工业应用和学术研究中微型逆变器最
新的电路拓扑结构
!
本文从微型逆变器设计的要求
出发!
探讨了其设计难点!
揭示了电路拓扑是微型逆
变器设计的核心+
根据能量变换级数和母线类型的
不同!
将微型逆变器的拓扑结构分成 A
类!
详细介绍
了
A
类不同微型逆变器的工作模式和优缺点
+
从稳
定性#寿命#功率密度#能量转换效率和成本的角度
出发!
对不同拓扑结构下的微型逆变器进行对比分
析和讨论!
指出含直流母线的多级式电路拓扑结构
将会是未来微型逆变器的发展方向
'
%;微型逆变器设计要求及挑战
与组串式和集中式并网逆变器类似!微型逆变
器同样是光伏组件和电网之间交互的核心!其必须
同时满足组件侧的输出特性和电网侧并网标准的要
求' 又因其特殊的自身结构和安装模式!以及与传
统式并网逆变器之间的竞争关系!故微型逆变器的
设计存在着诸多挑战'
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