光伏逆变器设计

光伏漫谈4- 逆变器拓扑结构

在光伏系统的世界里，逆变器的巧妙设计如同艺术与科技的结晶。其拓扑结构繁多，如NPC三电平、多级全桥、工频/高频隔离与非隔离等，每一种都承载着独特的使命和优势。工频隔离虽然结构简单，但其变压器体积较大，适合大型应用；而微型逆变器如昱能和禾迈，常采用高频隔离技术，小巧灵活，效率卓越。

效率之冠，非隔离的挑战与解决方案：无直流母线的串联谐振逆变器，凭借其高效性，成为小功率应用的理想选择。然而，2电平结构的非隔离逆变器虽然效率高，但可能存在直流分量问题。聪明的设计师们如SMA，通过创新的H5专利技术，引入双模式BOOST，巧妙地解决了这一难题。

革新与发展：组串式NPC的崛起，特别是I型NPC、ANPC和T型，它们在工商和户用系统中大放异彩。I型NPC通过调整Q2和Q3的导通策略，降低了IGBT的耐压要求；ANPC则通过IGBT平衡耐压，实现更均衡的设计；而T型拓扑则兼顾开关损耗，特别适合低压应用场景。

前沿科技的应用：TI的ANPC和T型拓扑，借助GaN和SIC MOSFET的先进器件，展示了在高电压领域的无限可能。然而，拓扑选择并非一成不变，它取决于功率需求、器件特性以及成本效益的权衡。随着技术的不断进步，我们期待看到更多优化的拓扑设计，它们将在提升效率和降低成本的道路上走得更远。

在2023年10月22日的创新浪潮中，逆变器的拓扑演变仍将持续，为我们的绿色能源世界带来更多惊喜。让我们共同期待，未来逆变器的每一次创新，都是为了更好地拥抱太阳能的馈赠。

光伏电站如何匹配逆变器才正确?

1. 在选择光伏电站的逆变器时，正确匹配是关键。电站设计容量为A(MW)时，可通过计算电池板扩容到B(MW)时的投资性价比来确定最佳容配比，即K=B/A。

2. 当逆变器负载超过其标称功率的100％、105％、110％时，最优容量配比分别为1.05、1.1、1.15。在电站设计时，应考虑这一最佳容配比。

3. 光伏电站的最优容量配置比还受到多种因素的影响，包括太阳能光照资源、电站效率、逆变器发电能力、电站综合单价和光伏组件单价等。

4. 用户和系统安装商在安装光伏电站时，如果能够考虑到这一容配比，将显著提高发电量。

5. 国家发展和改革委员会能源研究所研究员王斯成呼吁对“光伏-逆变器容配比”进行调整。

6. 根据《GB50797-2012：光伏发电站设计规范》，逆变器的配置容量应与光伏方阵的安装容量相匹配，确保逆变器允许的最大直流输入功率不小于光伏方阵的实际最大直流输出功率。

7. 在国际上，光伏发电系统的交流容量通常定义为光伏系统额定输出或合同约定的最大功率，单位为MW。

8. 国内标准在光伏电站的功率比方面还处于发展阶段。光伏电站通常设计成高光伏-逆变器功率比以降低度电成本。

9. 适度提高光伏-逆变器容配比是光伏系统设计的重要技术创新，自2012年以来被光伏界普遍接受。例如，美国FirstSolar的光电站容配比通常选在1.4：1.0。

10. 基于平均神改化度电成本最低的原则，最优的光伏-逆变器容配比均大于1:1。因此，适当提升光伏组件容量（也称组件超配）有助于提升系统整体效益。

11. 目前，许多电站采用组件超配的方法来提高逆变器的运行效率和电站收益。

您好，在设计光伏逆变器的时候，它的直流母线电压有要求必须是多少吗

这个要看目标电压是多少，比如你设计的目标光伏阵列电压、功率容量是多少，然后根据目标进行兼容设计。通常逆变器的输入电压为12V、24V、36V、48V也有其他输入电压的型号，而输出电压一般多为220V，当然也有其他型号的可以输出不同需要的电压。逆变器的价格和好坏主要是下面参数决定的：输出功率、转换效率、输出波形质量。只要比较一下这些参数就知道这款逆变器质量如何了。逆变器是一种常用设备，只要是属于常用型号，一般在电气维修点以及几乎所有的电子市场都会有售的，而且只要是技术还可以的电气维修店都是可以维修的，电子市场就更可以维修了。如果是非常用型号或者功率很大的情况下就只能去电子市场或者网上定制了。逆变器是把直流电能转换为交流电能（一般情况下为220V,50Hz的正弦波）的设备。它与整流器的作用相反，整流器是将交流电能转换为直流电能。逆变器由逆变桥、控制单元和滤波电路组成。广泛应用于空调、电动工具、电脑、电视、洗衣机、冰箱，、按摩器等电器中。

逆变器在选择和使用时必须注意以下几点：

1）直流电压一定要匹配；

每台逆变器都有标称电压，如12V，24V等，

要求选择蓄电池电压必须与逆变器标称直流输入电压一致。如12V逆变器必须选择12V蓄电池。

2）逆变器输出功率必须大于用电器的最大功率；

尤其是一些启动能量需求较大的设备，如电机、空调等，需要额外留有功率裕量。

3）正负极必须接线正确

逆变器接入的直流电压标有正负极。一般情况下红色为正极（+），黑色为负极（—），蓄电池上也同样标有正负极，红色为正极（+），黑色为负极（—），连接时必须正接正（红接红），负接负（黑接黑）。连接线线径必须足够粗，并且应尽可能减少连接线的长度。

4）充电过程与逆变过程不能同时进行，以避免损坏设备，造成故障。

5）逆变器外壳应正确接地，以避免因漏电造成人身伤害。

6）为避免电击伤害，严禁非专业人员拆卸、维修、改装逆变器。

基于下垂控制与MPPT的电压源型光伏逆变器

基于下垂控制与最大功率点跟踪(MPPT)的电压源型光伏逆变器设计，将MPPT嵌入下垂控制中，实现同步并网与MPPT的统一，通过有功功率内环与直流电压外环控制，确保并网与离网状态下的无缝切换与高效控制。此设计采用并网电感L2进行功率交换，滤除谐波。PCC为公共耦合点，L1为滤波电感，C1与C为滤波电容与直流侧电容。在并网时，调整功率微调参数dP0ref与dQ0ref以匹配电网频率，保证逆变器输出频率在同步并网时与电网频率一致。在保证MPPT调节稳定性前提下，适当增大Kp值，提高有功环带宽。

仿真与实验显示，Kp=0.0003在并网运行时效果最佳，有功带宽提高至约11.44Hz，Gp=72.2/s。直流侧电压外环设计结合MPPT控制嵌入下垂控制方法，实现MPPT控制周期1S，MPPT电压闭环控制器频率为4.28Hz（约200多毫秒）。在离网与并网状态下，有功功率环路带宽分别为3.16Hz与11.44Hz，通过调整KP值加快并网时的功率调整速度。尽管环路的控制周期需进一步验证，但设计有效地提高了光伏逆变器在不同运行状态下的性能与稳定性。

怎么选择光伏逆变器，要考虑哪些参数指标呢？

选择光伏逆变器时，首先需明确系统是并网还是离网。逆变器的配置应基于光伏发电系统的技术指标，并参考制造商提供的产品规格手册。通常，还需重点考虑以下几个技术指标：

1. 额定输出功率：这一指标反映了逆变器向负载供电的能力。选择时应确保逆变器具有足够的额定功率，以满足最大负荷下的功率需求，并考虑系统的扩容及临时负载的接入。对于电阻性负载或功率因数大于0.9的应用，推荐的逆变器额定功率应比负载总功率高出10%至15%。

2. 输出电压调整性能：此性能体现了逆变器维持输出电压稳定的能力。优质逆变器应提供直流输入电压波动时的输出电压波动百分比（电压调整率），以及在负载从零变化到100%时的输出电压偏差百分比（负载调整率）。优秀的逆变器应具备小于等于±3%的电压调整率和小于等于±6%的负载调整率。

3. 整机效率：这一指标反映了逆变器自身的功率损耗。不同容量的逆变器应提供满载和空载条件下的效率数据。一般而言，小型逆变器（小于KW级）效率应不低于85%，10KW级逆变器效率应不低于90%，而更大功率的逆变器效率则应超过95%。逆变器效率对提升发电系统的有效发电量和降低成本有显著影响，因此在选择时应重点比较效率高的产品。

4. 启动性能：逆变器应能在额定负载条件下可靠启动。高性能逆变器能够实现连续多次满载启动而不损害功率开关器件或其他电路。小型逆变器可能采用软启动、限流启动等措施以确保安全。

以上几点是设计和选择光伏逆变器时的主要依据，也是评估其技术性能的重要指标。

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