现状与发展：并网光伏逆变器拓扑结构

在分布式发电系统中，逆变器是可再生能源发电单元与主干电网的接口，必须要求逆变器能够并网运行。目前工程上实用的并网光伏逆变器大多采用工频隔离型结构，如图3-78a所示。这种结构通过工频变压器并网，在实现电气隔离的同时，还可以起到匹配电压等级、抑制直流分量和共模漏电流等作用。但工频变压器增加了系统的体积、重量和成本，降低了变换效率。为解决这一问题，如图3-78b、c所示的高频隔离型结构成为一种选择。高频隔离型并网逆变器由于采用体积、成本上优于工频变压器的高频变压器，具有一定的技术优势。但高频变压器的加入，使系统拓扑结构更加复杂，控制上的难度也随之增加，而系统的效率提升有限。特别是基于制作工艺的原因，目前高频变压器只能应用于功率较小的应用场合，在大功率场合应用时需要并联使用，使系统复杂程度更高。因此非隔离型并网逆变器受到了越来越多的关注。

非隔离型并网逆变器的基本结构是传统的桥式逆变器；只是在某些场合，如光伏发电装置中为了抑制共模漏电流，而在基本结构上进行了某些改进。实际上传统的桥式逆变器本身存在一些问题，最主要的就是不能适应输入直流电压的宽范围变化。众所周知，电压型桥式逆变器是降压型逆变器，交流侧电压峰值不能高于直流侧电压；电流型桥式逆变器则是升压型逆变器，交流侧电压峰值不能低于直流侧电压。而可再生能源受气候、气象和环境等外部因素的影响较大，其能量输出具有很大的随机性和不确定性。这种随机性和不确定性的具体表现之就是输出功率的大范围波动。在光伏电池、燃料电池和小型直流风力发电机组中，其表现为输出直流电压的宽范围变化。

图3-78 隔离型并网逆变器的几种结构(www.xing528.com)

显然，传统的桥式逆变器并不能适用于可再生能源发电系统的需要。通常的解决办法是采用多级式结构。当前应用最为广泛的结构就是两级式结构，前级为Boost变换器，用以调整电压等级，后级为电压型桥式逆变器，实现逆变和并网的功能。两级式结构的优点是将能量优化控制与并网控制解耦，还可以同时引入无功补偿和有源滤波等其他功能；缺点是多级变换导致效率较低，器件数量较多导致可靠性降低。为此，研究单级式的非隔离并网逆变器就具有重要的理论和工程实用价值。

单级非隔离并网逆变器的构成方式目前有两大基本思路。一种基本思路是在传统桥式逆变器的电源与逆变桥之间加入无源阻抗网络，增加逆变器的冗余工作状态，从而实现升降压功能。这种结构的逆变器通称为阻抗逆变器，最典型的结构为Z源逆变器。另一种思路是采用基本DC-DC变换电路组合的方式，直接构造新型逆变器拓扑结构。具体而言，又可分为串联组合和并联组合两种方式。下面分别对Z源逆变器和组合型逆变器进行介绍。