5873950784项目二光伏逆变器1.ppt.ppt

项目二 光伏逆变器 1.电路拓扑,太阳能光伏发电及其逆变控制,主要内容,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,1.5,多支路光伏并网逆变器,微型光伏并网逆变器,光伏并网逆变器的分类,1.1,光伏并网逆变器的分类,1.1,光伏并网逆变器是将太阳电池所输出的直流电转换成符合电网要求的交流电再输入电网的设备，是并网型光伏系统能量转换与控制的核心。光伏并网逆变器其性能不仅是影响和决定整个光伏并网系统是否能够稳定、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。,光伏并网逆变器的分类,1.1,根据有无隔离变压器，光伏并网逆变器可分为隔离型和非隔离型等。,光伏并网逆变器的分类,1.1,在隔离型光伏并网逆变器中，根据隔离变压器的工作频率，将其分为工频隔离型和高频隔离型两类。,1.1.1隔离型光伏并网逆变器结构,1.工频隔离型光伏并网逆变器结构,工频隔离型是光伏并网逆变器最常用的结构，也是目前市场上使用最多的光伏逆变器类型，其结构如图4-2所示。光伏阵列发出的直流电能通过逆变器转化为50Hz的交流电能.再经过工频变压器输人电网，该工频变压器同时完成电压匹配以及隔离功能。,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.1隔离型光伏并网逆变器结构,1.工频隔离型光伏并网逆变器结构,由于工频隔离型光伏并网逆变器结构采用了工频变压器使输入与输出隔离，主电路和控制电路相对简单，而且光伏阵列直流输入电压的匹配范围较大。,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构,1.工频隔离型光伏并网逆变器结构,变压器隔离的作用：,可以有效地防止人接触到光伏侧的正极或者负极时，电网电流通过桥臂形成回路对人构成伤害的可能性，提高了系统安全性 也保证了系统不会向电网注人直流分量，有效地防止了配电变压器的饱和,工频变压器的缺点：,体积大、质量重，约占逆变器的总重量的50%左右，使得逆变器外形尺寸难以减小。另外，工频变压器的存在还增加了系统损耗、成本，并增加了运输、安装的难度。,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构,2.高频隔离型光伏并网逆变器结构,具有较小的体积和质量，克服了工频隔离型光伏并网逆变器的主要缺点。随着器件和控制技术的改进，高频隔离型光伏井网逆变器的效率也可以做得很高。,高频变压器的优点：,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构,2.高频隔离型光伏并网逆变器结构,按电路拓扑结构来分类，高频隔离型光伏并网逆变器主要有两种类型:DC/DC变换型和周波变换型。,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构,在隔离型并网系统中，变压器将电能转化成磁能，再将磁能转化成电能，导致能量损耗能量损失可达5%，甚至更高。为提高光伏并网系统效率的有效手段便是采用无变压器的非隔离型光伏并网逆变器结构。优点：省去了笨重的工频变压器或复杂的高频变压器，系统结构简单，质量轻，成本降低，具有较高的效率。,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构,非隔离型并网逆变器按拓扑结构可以分为单级和多级两类。1.单级非隔离型光伏并网逆变器,单级非隔离型光伏并网逆变器系统中，光伏阵列通过逆变器直接耦合并网，逆变器工作在工频模式。为了使直流侧电压达到能够直接并网逆变的电压等级，要求光伏阵列具有较高的输出电压，光伏组件乃至整个系统必须具有较高的绝缘等级，否则将容易出现漏电现象。,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.2非隔离型光伏并网逆变器结构,1.单级非隔离型光伏并网逆变器,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构,2.多级非隔离型光伏并网逆变器,功率变换部分由DC/AC和DC/AC多级变换器级联组成。在该类拓扑中一般采用高频变换技术，也称为高频非隔离型光伏并网逆变器。,光伏并网逆变器的分类,1.1,1.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构,2.多级非隔离型光伏并网逆变器,注意:在非隔离型的光伏并网系统中，光伏阵列与公共电网是不隔离的，导致光伏组件与电网电压直接连接，大面积的太阳电池组不可避免地与地之间存在较大的分布电容，因此，会产生太阳电池对地的共模漏电流。由于无工频隔离变压器，该系统容易向电网注人直流分量。,隔离型光伏并网逆变器,1.2,逆变器的作用：将光伏阵列发出的直流电转换成与电网同频率的交流电并将电能馈入电网。,1.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。使用工频变压器的目的：进行电压变换和电气隔离，优点:结构简单、可靠性高、抗冲击性能好、安全性能良好、无直流电流问题。直流侧MPPT电路电压上、下限比值范围一般在3倍以内。缺点：体积大、质量重、噪声高、效率低,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,图4-5 隔离工频变压器对系统效率的影响,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,工频隔离型光伏并网逆变器常规的拓扑形式有单相结构、三相结构以及三相多重结构等。,1.工频隔离系统-单相结构,一般采用全桥和半桥结构。常用于几个千瓦以下功率等级的光伏并网系统，其中直流工作电压一般小于600V。工作效率小于96%。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,1.工频隔离系统-单相结构,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,2.工频隔离系统三相结构,一般可采用全桥和三电平半桥结构。常用于数十甚至数百千瓦以上功率等级的光伏并网系统,（a）三相全桥式,三相全桥结构的直流工作电压一般在450-820V，工作效率可达97%。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,2.工频隔离系统三相结构,三电平半桥结构的直流工作电压一般在600-1000V，工作效率可达98%，另外，三电平半桥结构可以取得更好的波形品质。,（b）三相三电平桥式,三电平变频器输出波形,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,3.工频隔离系统三相多重结构,一般大都采用三相全桥结构 常用于数百千瓦以上功率等级的光伏并网系统 三相全桥结构的直流工作电压一般在450一820V，工作效率可达97%。三相多重结构可以根据太阳辐照度的变化，进行光伏阵列与逆变器连接组合的切换来提高逆变器运行效率。三相多重结构当两台逆变器同时工作时还可以利用变压器二次侧绕组d或Y连接消除低次谐波电流;或采用移相多重化技术提高等效开关频率，降低每台逆变器的开关损耗。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器,3.工频隔离系统三相多重结构,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器,高频变压器(HFT)与工频变压器(LFT)相比的优点：体积小、质量轻，有较广泛的应用。高频隔离型逆变器主要采用了高频链逆变技术高频链逆变技术的新概念是由Espelage和B.K.Bose于1977年提出的。高频链逆变技术用高频变压器替代了低频逆变技术中的工频变压器来实现输人与输出的电气隔离，减小了变压器的休积和质量，提高了逆变器的特性。按电路拓扑结构分为DC/DC变换型(DC/HFAC/DC/LFAC)和周波变换型(DC/HFAC/LFAC)两大类。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,优点：电气隔离、质量轻、体积小 单机容摄一般在几个千瓦以内，系统效率大约在93%以上。,1.电路组成与工作模式,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,其输入、输出侧分别设计了两个DC/AC环节:在输人侧使用的DC/AC将光伏阵列输出的直流电能变换成高频交流电能，以便利用高频变压器进行变压和隔离，再经高频整流得到所需电压等级的直流 在输出侧使用的DC/AC则将中间级直流电逆变为低频正弦交流电压，并与电网连接,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,两种工作模式:第一种工作模式：光伏阵列输出的直流电能经过前级高频逆变器变换成等占空比(50%)的高频方波电压，经高频变压器隔离后，由整流电路整流成直流电，然后再经过后级PWM逆变器以及LC滤波器滤波后将电能馈人工频电网,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,两种工作模式:第二种工作模式：光伏阵列输出的直流电能经过前级高频逆变器逆变成高频正弦脉宽脉位调制波，经高频隔离变压器后，再进行整流滤波成半正弦波形(馒头波)，最后经过后级的工频逆变器逆变将电能馈人工频电网。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器2.关于SPWPM调制,所谓的SPWPM就是指不仅对脉冲的宽度进行调制而使其按照正弦规律变化，而且对脉冲的位置(Position,简称脉位)也进行调制，使调制后的波形不含有直流和低频成分。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器2.关于SPWPM调制,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器2.关于SPWPM调制,从图中可以看出:只要将单极性SPWM波进行脉位调制，使得相邻脉冲极性互为反向即可得到SPWPM波波形。SPWPM波中含有单极性SPWM波的所有信息，是双极三电平波形。与SPWM低频基波不同，SPWPM波中基波频率较高且等于开关频率。SPWPM波中不含低频正弦波成分，可以利用高频变压器进行能量的传输。SPWPM电压脉冲通过高频变压器后，再将其解调为单极SPWM波，即可获得所需要的工频正弦波电压波形。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器3.全桥式DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,前级的高频逆变器部分可采用推挽式、半桥式以及全桥式等变换电路的形式.后级的逆变器部分可采用半桥式和全桥式等变换电路的形式。推挽式电路适用于低压输入变换场合 半桥和全桥电路适用于高压输入场合 实际应用中可根据最终输出电压等级以及功率大小而确定合适的电路拓扑形式。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器3.全桥式DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,组成：一个高频电压型全桥逆变器、一个高频变压器、一个不可控桥式二极管全波整流器、一个直流滤波电感一个极性反转逆变桥,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器3.全桥式DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,高频电压型全桥逆变器采用SPWPM调制方式，将光伏阵列发出的直流电压逆变成双极性三电平SPWPM高频脉冲信号 高频变压器将该信号升压后传输给后级不可控桥式二极管全波整流电路 SPWPM脉冲信号在此整流，经直流滤波电感滤波后，变换成半正弦波形(馒头波)最后由极性反转逆变桥将半正弦波反转为工频的正弦全波，并将电能馈人工频电网,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器3.全桥式DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.1 DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器3.全桥式DC/DC变换型高频链光伏并网逆变器,特点：具有高频电气隔离，技术成熟，变压器可以使前级逆变输出电压升高，减小系统电流，方便功率器件的选择;前后级控制相互独立，控制简单;后级电路电压应力低，实现零电压开通零电流关断(ZVZCS)，前级电路也实现零电压开通(ZVS)。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器1.电路组成与工作模式,组成：高频逆变器、高频变压器和周波变换器 优点：提高了系统的效率 实现了功率的双向传输 简化了结构 减小了体积和质量 提高了效率 这为实现并网逆变器的高频、高效、高功率密度创造了条件。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器1.电路组成与工作模式,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器1.电路组成与工作模式,两种工作模式:第一种工作模式，光伏阵列输出的直流电能首先经过高PWM逆变器逆变成等占空比(50%)的高频方波电压，经高频隔离变压器后，由周波变换器控制直接输出工频交流电。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器1.电路组成与工作模式,第二种工作模式光伏阵列输出的直流电能首先经过高频SPWPM逆变器变换成高频SPWPM波，经高频隔离变压器后，由周波变换器控制直接输出工频交流电。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器2.全桥式周波变换型高频链光伏并网逆变器,高频逆变器部分可采用推挽式、半桥式以及全桥式等变换电路的形式，周波变换器部分可采用全桥式和全波式等变换电路的形式。推挽式电路适用于低压输入变换场合;半桥和全桥电路适用于高压输入场合;全波式电路功率开关电压应力高，功率开关数少，变压器绕组利用率低，适用于低压输出变换场合;全桥式电路功率开关电压应力低，功率开关数多，变压器绕组的利用率高，适用于高压输出场合。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器2.全桥式周波变换型高频链光伏并网逆变器,工作模式：利用一个高频开关逆变器，把输人的直流电压逆变为SPWPM波，通过高频隔离变压器后，传送到变压器二次侧，然后利用同步工作的周波变换器把SPWPM波变换成SPWM波。该电路拓扑可以实现功率双向流动，这对配备储能环节的系统是有必要的。,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器2.全桥式周波变换型高频链光伏并网逆变器,控制原理框图,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器2.全桥式周波变换型高频链光伏并网逆变器,调制时序图,隔离型光伏并网逆变器,2.2,2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器2.2.2.2 周波变换型高频链光伏并网逆变器2.全桥式周波变换型高频链光伏并网逆变器,结论：输出周波变换器的功率开关可在变压器二次侧电压为零期间重叠导通进行换流，保证了输出滤波电感电流的连续，使得周波变换器无环流危险，可以实现零电压开通和关断(ZVS);通过移相控制，该电路拓扑能够利用输出滤波电感的能量对前级全桥逆变器的超前桥臂功率开关V1和V3的结电容进行抽流，实现前级全桥逆变器超前桥臂功率开关零电压开通和关断。前级全桥逆变器滞后桥臂功率开关V2和V4由于没有足够的电感能量为其结电容抽流，所以滞后桥臂功率开关是全电压开通。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,优点：体积小、质量轻、效率高、成本较低,分类：按结构可以分为单级型和多级型,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器,优点：一级能量变换就可以完成DC/AC并网逆变功能电路简单元器件少可靠性高效率高功耗低,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.1 基于Buck-Boost电路的单级非隔离型 光伏井网逆变器,组成：两组光伏阵列和Buck-Boost型斩波器由于采用Buck-Boost型斩波器，因此无需变压器便能适配较宽的光伏阵列电压以满足并网发电要求。两个Buek-Boost型斩波器工作在固定开关频率的电流不连续状态(Discontinuous Current Mode,DCM)下，在工频电网的正负半周中控制两组光伏阵列交替工作。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.1 基于Buck-Boost电路的单级非隔离型 光伏井网逆变器,优点:体积、质量大为减小。与具有直流电压适配能力的多级非隔离型光伏并网逆变器相比，开关器件的数目相对较少。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.1 基于Buck-Boost电路的单级非隔离型 光伏井网逆变器,具体分析其逆变器每个阶段的换流过程,第一阶段:V1开通,其他功率管断开,光伏阵列的能量流向L1,电容C与工频电网并联,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.1 基于Buck-Boost电路的单级非隔离型 光伏井网逆变器,具体分析其逆变器每个阶段的换流过程,第二阶段:V2开通,其他功率管关断,储存在C或L1中的能量释放到工频电网,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.1 基于Buck-Boost电路的单级非隔离型 光伏井网逆变器,具体分析其逆变器每个阶段的换流过程,第三、四阶段和前两阶段工作情况类似，但极性相反,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.2 基于Z源网络的单级非限离型光伏并网逆变器,常规的电压源单级非隔离型并网逆变器拓扑存在以下向题:1)只能应用在直流电压高于电网电压幅值的场合，因此要想实现并网，需满足光伏输人电压要高于电网电压。2)同一桥璧的两个管子导通需加人死区时间，以防止直通而导致的直流侧电容短路。3)直流侧的支榨电容值要设计得足够大来抑制直流电压纹波。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.2 基于Z源网络的单级非限离型光伏并网逆变器,相比于传统结构的光伏并网逆变器，它可以通过独特的直通状态来达到直流侧升压的目的。这种新型的Z源光伏并网逆变器具有:1)理论上任意大小的光伏阵列输人电压均可通过Z源逆变器接人电网。2)无须死区，因此井网电流具有更好的波形品质。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.2 基于Z源网络的单级非限离型光伏并网逆变器,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.2 基于Z源网络的单级非限离型光伏并网逆变器,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.2 基于Z源网络的单级非限离型光伏并网逆变器,1)当系统工作在非直通状态时，输人二极管VD正向导通。若一个开关周期及中非直通状态运行时间为T1,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.2 基于Z源网络的单级非限离型光伏并网逆变器,2)当系统工作在直通状态时，二极管VD承受反压截止。若一个开关周期T.中直通状态运行时间为T0,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器2.3.1.2 基于Z源网络的单级非限离型光伏并网逆变器,结论:电压型Z源逆变器可以实现逆变器输出电压或高于、或低于直流输入电压，且不需要额外的中间级变换电路，是一种主动形态的Buck-Boost型变换电路，具有较大的输入电压范围;而对于传统的电压型逆变器，逆变器输出电压总是低于直流输人电压。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器,多级非隔离型光伏并网逆变器的拓扑有两部分构成，即前级的DC/DC变换器以及后级的DC/AC变换器。,Boost变换器在多级非隔离型光伏并网逆变器拓扑设计中是较为理想的选择。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.1 基本Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,该电路为双级功率变换电路。前级采用Boost变换器完成直流侧光伏阵列输出电压的升压功能以及系统的最大功率点跟踪(MPPT)后级DC/AC部分一般采用经典的全桥逆变电路完成系统的并网逆变功能。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.1 基本Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,1.前级Boost变换器的工作过程,令开关V的开关周期为Ts，占空比为D。当0tDTs时，V开通，电流回路CPVLb V，此时，CPV经V向电感Lb充电，即：Uv=0，UL=UPV;当DTstTs时，V关断，电流回路为CPVLb D C CPV，此时，CPV和Lb一起向C充电，即：Uv=UC，UL=UPV-UC考虑到电感Lb在一个周期内电流平衡，可得Boost变换器输入输出电压关系为UPV=（1-D）UC由于D1,则上式表明:前级斩波变换器的输出电压Uc大于其光伏阵列的输人电压UPV，从而实现了升压变换功能。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.1 基本Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,2.后级全桥电路的PWM调制,后级DC/AC部分采用了全桥电路拓扑，其中交流侧电感用以滤除高频谐波电流，保证并网电流品质。,采用载波反相的单极性倍频调制方式，以降低开关损耗。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.1 基本Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,2.后级全桥电路的PWM调制,所谓载波反相调制方式，就是指采用两个相位相反而幅值相等的载波与同一调制波相比较的PWM调制方式。通过两桥臂支路的载波反相单极性倍频调制，使各桥臂支路输出电压具有瞬时相移的二电平SPWM波，而单相桥式电路的输出电压为两桥臂支路输出电压的差。两个具有瞬时相移的二电平SPWM波相减，就可得到一个三电平SPWM波。三电平SPWM波的脉冲数比同载波频率的双极性调制SP-WM波和单极调制SPWM波的脉冲数增加一倍。采用调制波反相的单极性倍频调制方式以也可以取得同样的倍频效果。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.1 基本Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,2.后级全桥电路的PWM调制,单极性倍频调制方式可以在开关频率不变的条件下，使输出SPWM波的脉动频率是常规单极性调制方式的两倍。单极性倍频调制方式可在开关损耗不变的条件下，使电路输出的等效开关频率增加一倍。与双极性调制相比，单极性倍频调制方式具有较小的谐波分量。对单相桥式电压型逆变电路而言，单极性倍频调制方式性能优于常规的单、双极性调制。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.2 双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,基本Boost多级非隔离型光伏并网逆变器不同的是:双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器电路增加了旁路二极管VD优点：体积小、寿命长、损耗低、效率高,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.2 双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,1.工作原理,当Uin Uout，Boost电路的开关Vc高频运行，前级工作在Boost电路模式下，在中间直流电容上产生准正弦变化的电压波形。同时，全桥电路以工频调制方式工作，使输出电压与电网极性同步。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.2 双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,1.工作原理,当Uin Uout，Boost电路的开关Vc关断，全桥电路在SPWM调制方式下工作，此时，输入电流不经过Boost电感Lb和二极管 VDc，而是以连续的方式从旁路二极管通过。此工作方式称为全桥逆变模式。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.2 双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,1.工作原理,无论这种双模式Booat多级非隔离型光伏并网逆变器电路工作在何种模式，同一时刻只有一级电路工作在高频模式下，与传统的基本Boost多级非隔离型光伏并网逆变器相比，降低了总的开关次数。当系统工作的全桥逆变模式下，输入电流以连续的方式通过旁路二极管VDb、，而不是从电感Lb、和二极管VDc通过，减小了系统损耗。由于这种双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器电路独特的工作模式，无需使中间直流环节保持恒定的电压，因而电路中间环节中常用的大电解电容可以用一个小容量的薄膜电容代替，从而有效地减小了系统体积、质量和损耗，增加了系统的寿命、效率和可靠性。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.2 双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,2.控制过程,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.2 双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,2.控制过程,当UinUout时，全桥电路通过高频三角载波和给定正弦波比较获得触发信号，产生正弦输出信号。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.2 双模式Boost多级非隔离型光伏并网逆变器,2.控制过程,前级Boost电路开关Vc,和全桥逆变器开关V1V4脉冲时序图,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.3 多重Boost光伏并网逆变器,设计思路：在输入级采用电流多重化设计，为利用这一电流多重化设计而在输出级选用了电流源逆变器拓扑结构，并采用工频调制将输入级的电流多重化转化成为逆变器输出的多电平电流波形，有效地减小了网侧滤波器体积和系统损耗。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.3 多重Boost光伏并网逆变器,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.3 多重Boost光伏并网逆变器,1)多重化设计 该拓扑中由S1、VD1、Li和S2,VD2和Lb组成两组并联的Boost变换器，电路采用载波移相PWM多重化调制技术，通过以两个反相的三角波作为载波进行PWM调制，得到S1和S2的驱动信号，从而为得到需要的输出电流波形提供驱动信号。后级采用了电流源逆变器.为使该电流源逆变器工作于工频调制模式，其电流源逆变器的输人电流必须为馒头波。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.3 多重Boost光伏并网逆变器,2)多电平电流和工频调制 由于前级双重Boost变换器的半正弦波调制，使双重Boost变换器的输出电流波形为各组叠加的半正弦调制的多电平波形，含有与工频对应的半正弦信息，因此其后级的电网逆变器的开关管可以采用工频调制，从而有效地降低了电流源逆变器的开关损耗;通过电流源逆变器的工频调制，其逆变器的输出电流波形为各组叠加的正弦调制的多电平波形，有效地降低了电流谐波，减小了网侧滤波器体积，改善了并网电流品质。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.3 多重Boost光伏并网逆变器,该逆变器拓扑可在大功率场合(MW级)中应用优点：降低了功率器件电流的上升率减小了系统的EMI千扰和滤波器的体积及损耗降低了开关损耗,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器2.3.2.3 多重Boost光伏并网逆变器,系统在较高的电压等级运行时，电路的工作效率有所下降,产生原因,拓扑中采用了大功率电感,选用低损耗的电感,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究,并网逆变器的发展存在什么问题？,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.1 非隔离型光伏并网逆变器输出直流分量 的抑制,1.直流分量的产生原因 直流分量产生的最根本原因是逆变器输出的高频SPWM波中含有一定的直流分量。,(1)给定正弦信号波中含有直流分量多发生在模拟控制的逆变器中，正弦波给定信号由模拟器件产生(2)控制系统反馈通道的零点漂移引起的直流分量检测元件和A/D转换器的零点漂移，是造成输出电流直流分量的主要因素。(3)脉冲分配及死区形成电路引起的直流分(4)开关管特性不一致,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.1 非隔离型光伏并网逆变器输出直流分量 的抑制,2.直流分量的抑制方法,(1)软件直流分量抑制采用软件补偿的办法来消除相应的直流分量。(2)硬件直流分最的抑制采用数字PI调节,抑制效果主要取决于直流分量检测与A/D采样的精度。(3)基于虚拟电容控制的直流分量抑制方法采用控制方法代替输出串联电容，使并网逆变器实现零直流注人，实现了隔直电容的零损耗,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.1 非隔离型光伏并网逆变器输出直流分量 的抑制,2.直流分量的抑制方法,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.1 非隔离型光伏并网逆变器输出直流分量 的抑制,2.直流分量的抑制方法,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.1 非隔离型光伏并网逆变器输出直流分量 的抑制,2.直流分量的抑制方法,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,1.共模电流产生原理,在非隔离的光伏并网发电系统中，电网和光伏阵列之间存在直接的电气连接。由于太阳能电池和接地外壳之间存在对地的寄生电容，而这一寄生电容会与逆变器输出滤波元件以及电网阻抗组成共模谐振电路。当并网逆变器的功率开关动作时会引起寄生电容上电压的变化，而寄生电容上变化的共模电压能够激励这个谐振电路从而产生共模电流。共模电流的出现，增加了系统的传导损耗，降低了电磁兼容性并产生安全问题。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,1.共模电流产生原理,在非隔离的光伏并网发电系统中，电网和光伏阵列之间存在直接的电气连接。由于太阳能电池和接地外壳之间存在对地的寄生电容，会与逆变器输出滤波元件以及电网阻抗组成共模谐振电路。当并网逆变器的功率开关动作时会引起寄生电容上电压的变化，而寄生电容上变化的共模电压能够激励这个谐振电路从而产生共模电流。共模电流的出现，增加了系统的传导损耗，降低了电磁兼容性并产生安全问题。寄生电容的大小和直流源及环境因素有关。在共模谐振电路的谐振频率处会出现较大幅值的漏电流。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,1.共模电流产生原理,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,1.共模电流产生原理,（1）全桥逆变器的共模分析,共模电流与共模电压的变化率成正比。为了抑制共模电流，应尽量降低ucm.的频率，而开关频率的降低则带来系统性能的下降。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,1.共模电流产生原理,（1）全桥逆变器的共模分析,对于单相全桥拓扑，通常可以采用两种PWM调制策略来形成PWM开关序列，即单极性调制和双极性调制。和单极性调制相比，双极性调制能够有效地抑制共模电流，不足产生的开关损耗是单极性调制的2倍;双极性调制时其逆变器输出的电流纹波幅值是单极性调制的2倍。采用双极性调制以抑制并网逆变器共模的方案使逆变器输出电流谐波和开关损耗均有所增加。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,1.共模电流产生原理,（2）半桥逆变器的共模分析,半桥拓扑中寄生电容上的共模电压与开关频率无关，为半桥均压电容上的电压ub0。半桥拓扑基本不产生共模电流。但电压利用率低，直流侧需要的输人电压较高，前级可能需要boost变换器，影响了半桥拓扑的效率。一般实际中不常采用。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,2.共模电流抑制的实用拓扑,（1）带交流旁路的全桥拓扑,在全桥拓扑的交流侧增加一个由两个逆导型功率开关组成的双向续流支路，使得续流回路与直流侧断开，抑制共模电流，使交流侧的输出电压和单极性调制相同，提高了逆变器的效率。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,2.共模电流抑制的实用拓扑,（1）带交流旁路的全桥拓扑,当UPV不变时则共模电压始终保持恒定，因此共模电流得以消除。降低了开关损耗，降低了输出电流的纹波，减小了滤波电感上的损耗。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,2.共模电流抑制的实用拓扑,（2）带直流旁路的全桥拓扑,在单相全桥拓扑的交流侧增加以双向功率开关构成的续流支路，以使续流回路与直流侧断开。在直流母线上增加功率开关使续流回路与直流侧断开。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,2.共模电流抑制的实用拓扑,（2）带直流旁路的全桥拓扑,抑制了共模电流开关损耗得到降低，交流侧输出电压与单极性调制的交流侧输出电压相同，电流纹波小，降低了输出滤波电感上的损耗。直流旁路全桥拓扑的工作效率要比带交流旁路全桥拓扑的工作效率高。,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,2.共模电流抑制的实用拓扑,（3）H5拓扑,VI1、VI3，在电网电流的正负半周各自导通VI4、VI5在电网正半周期以PWM调制VI2、VI5，在电网负半周期以PWM调制,非隔离型光伏并网逆变器,2.3,2.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究2.3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器中共模直流的抑制,2.共模电流抑制的实用拓扑,（3）H5拓扑,在开关过程中，若UPV保持不变则共模电压恒定，从而抑制了共模电流，并且交流侧输出电压也与单极性调制的交流侧输出电压相同优点：减少了功率开关，具有相对较高的工作效率。最高效率达到98.1%，欧洲效率达到97.7%.。,多支路光伏并网逆变器,2.4,多支路型的光伏并网逆变器在各支路光伏方阵的特性不同或光照及温度条件不同时，各支路可独立进行最大功率跟踪，从而解决了各支路之间的功率失配间题。特点：安装灵活 维修方便 能够最大限度地利用太阳辐射能量 克服支路间功率失配所带来的系统整体效率 低下等缺点 最大限度减少受单一支路故障的影响 具有较好的应用前景,多支路光伏并网逆变器,2.4,2.4.1 隔离型多支路光伏并网逆变器,结构组成：高频逆变器、高频变压器、整流器、直流母线、逆变器和输人、输出滤波器等。输人级的高频链结构采用基于全桥高频隔离的多支路设计，并网逆变器则采用了集中式