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光伏逆变器主电路及电力电子器件

2016-05-31 11:21
科技那回事
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        本文阐述了太阳能光伏发电逆变器的三种主电路形式,结合光伏发电逆变器主电路结构特点,论述了用于太阳能光伏发电系统逆变器的功率半导体器件特性。

        1.光伏发电逆变器主电路

  太阳能电池一般是电压源,因此逆变器的主电路采用电压型,太阳能光伏发电系统用逆变器的三种主电路形式如图1所示。图1(a)是采用工频变压器主电路形式,采用工频变压器使输入与输出隔离,主电路和控制电路简单。为了追求效率,减少空载损耗,工频变压器的工作磁通密度选得比较低,因此重量大,约占逆变器的总重量的50%左右,逆变器外形尺寸大,是最早的一种逆变器主要形式。

  

 

图1:逆变器主电路图

        图1(b)是高频变压器主电路形式,采用高频变压器使输入与输出隔离,体积小,重量轻。主电路分为高频逆变和工频逆变两部分,比较复杂,是20世纪90年代比较流行的主电路方式。

图1(b)

  图1(c)是无变压器主电路形式,不采用变压器进行输入与输出隔离,只要采取适当措施,同样可保证主电路和控制电路运行的安全性,体积最小,重量轻,而且效率高,成本也较低。主电路包括升压部分和采用高频SPWM的逆变部分,比工频变压器主电路形式要复杂,但是适应输入直流电压范围宽,有利于与太阳能电池进行匹配。尽管由于天气等因素使太阳能电池输出电压发生变化,但有了升压部分,可以保证逆变部分输入电压比较稳定。将成为今后主要的主电路流行方式。

图1(c)

  为了使无变压器主电路形式安全运行,必须采取一定的技术措施:首先要使太阳能电池对地电压保持稳定;其次,为了防止太阳能电池接地造成主电路损坏,应检测太阳能电池正极和负极的接地电流(通过零相互感器),如果不平衡电流超过规定值,说明太阳能电池有可能接地,接地保护立即动作,切断主电路输出,停止工作。由于无变压器主电路形式没有变压器对输入与输出隔离,因此逆变器输入端的太阳能电池的正负极不能直接接地,输出的单相三线制中性点接地,因太阳能电池面积大,对地有等效电容存在(正极等效电容和负极等效电容)。该等效电电容将在工作中出现充放电电流,其低频部分有可能使供电电路中的漏电开关误动作而造成停电,其高频部分将通过配电线路对其它用电设备造成电磁干扰,而影响其它用电设备正常工作。对这种对地等效电容电流必须在主电路加电感L1与电容C1组成的滤波器进行抑制,特别是抑制高频部分。而工频部分,可以通过控制逆变器开关方式来消除。当然在太阳能电池与主电路之间,还应当设置共模滤波器,防止对太阳能电池的电磁干扰。

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