工频隔离型光伏并网逆变器的设计及应用

在工频隔离型光伏并网逆变系统中，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。使用工频变压器进行电压变换和电气隔离，具有以下优点：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。这类结构直流侧MPPT电路电压上、下限比值范围一般在3倍以内。

但由于系统采用的是工频变压器，所以存在体积大、质量重、噪声高、效率低等缺点。

图4-5显示了效率较高的兆瓦级光伏并网系统中，隔离工频变压器对系统效率的影响。

图4-5 隔离工频变压器对系统效率的影响

常规拓扑形式：

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

单相结构的工频隔离型光伏并网逆变器如图4-6所示，一般可采用全桥和半桥结构。这类单相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，工作效率也小于96%。

图4-6 工频隔离系统——单相结构(www.xing528.com)

a）全桥式 b）半桥式

2.工频隔离系统——三相结构

三相结构的工频隔离型光伏并网逆变器如图4-7所示，一般可采用两电平或者三电平三相半桥结构。这类三相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。其中：两电平三相半桥结构的直流工作电压一般在450～820V，工作效率可达97%；而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。

图4-7 工频隔离系统——三相结构

a）三相全桥式 b）三相三电平桥式

图4-8 工频隔离系统——三相多重结构

3.工频隔离系统——三相多重结构

三相多重结构的工频隔离型光伏并网逆变器如图4-8所示，一般大都采用三相全桥结构。这类三相多重结构常用于数百千瓦以上功率等级的光伏并网系统。其中：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%。值得一提的是，这种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，如太阳辐照度较小时将所有阵列连入一台逆变器，而当太阳辐照度足够大时，才将两台逆变器投入运行。另外，这种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。