光伏微逆变器拓扑(多级光伏并网逆变器拓扑)

1. 多级光伏并网逆变器拓扑

如果你说的并网逆变器主拓扑是普通的H桥或者三相桥，我们一般称之为变流器，也就是说忽略了整流或者逆变的概念，因为这种拓扑是可以工作在四象限中的，也就是正有功负有功正无功负无功都是OK的，所谓的并网逆变器只是让变流器工作在逆变状态而已，这些状态完全是由输出电压矢量和电网电压矢量以及电感器电压矢量组成的功率三角形决定的。

2. 太阳能光伏并网逆变器的设计

当前， 随着化石能源消耗的不断增长和地球生态环境的日益恶化,世界各国都在积极寻找一种可持续发展且对生态环境无污染的新能源。

3. 集散式光伏逆变器

集中式逆变器，组串式逆变器，集散式逆变器 集中式逆变器主要应用在大型地面光伏电站，电站容量在10MW~100MW级别，逆变器单体功率为500kW、630kW，主要特点是：1、单体功率大，同等容量电站逆变器数量少，每W单价低，后期维护工作量小；2、室内安装或集装箱安装，工作在室内环境，故障率低，使用寿命长，后期维护成本低；3、大容量逆变器输出波形好，谐波含量少。 组串式逆变器主要应用于分布式屋顶电站，电站容量在kW级别，逆变器功率等级较多，居民屋顶用的有3、5kW，商业屋顶和工业屋顶用的有20、30、40、50、60kW等，功率等级较多，主要为了适应各种不用的应用场合，由于单台逆变器容量小，同等容量电站逆变器数量多，逆变器每W单价高，主要特点是：1、防护等级高IP65，可直接室外安装，在恶劣环境下故障率偏高，故障后整机更换，后期维护成本高；2、具有多路MPPT功能（最佳功率点跟踪），发电效率较集中式高。 集散式逆变器主要应用于大型山地电站，电站容量在MW级别，逆变器单体功率1000kW，集合了集中式和组串式的优点，每W单价介于两者之间。集中式和组串式的主要区别是大功率和小功率的区别，在功能上主要区别就是集中式只有一路MPPT功能，组串式有多路。这里先说一下MPPT功能，光伏电池输出的直流电，电压和电流都有一个很大变化范围，但当工作于其中某一个值时，电流×电压值最大，即输出功率最大，这时光伏电池输出的电压和电流叫最佳工作电压和电流，逆变器的MPPT功能就是跟踪寻找这个最佳工作点（功率最大），因为光伏电池板随着光照强度的变化，这个最佳点是一直在变化的，需要逆变器随时检测跟踪。但是每块光伏电池功率只有200~300W，大型光伏电站会有上万块电池板，逆变器不可能跟踪每一块电池板的最佳工作点，一台500kW集中式逆变器，输入端会接入几千块电池板，它只有一路MPPT功能，也就是几千块电池板工作在同一电压，电流下，这对于大型地面光伏电站不是问题，因为所有的光伏电池安装角度基本一致，同一厂家、同一批次的电池板接入一台逆变器，这些电池板的最佳工作点基本一致。而对于大型山地电站，由于所有电池板安装角度有差异，早晚部分电池板还会有遮挡，几千块电池板的最佳工作点不可能一致，用集中式逆变器会导致发电效率低，如果用组串式逆变器，单台功率小，并具备多路MPPT功能，可以每路接入安装角度相对一致的几块电池板，这样大部分电池板都能工作在最佳工作点，可提高发电效率，但是由于单台功率小，逆变器数量太多，每W单价高，后期维护工作量也大。而集散式逆变器由两部分组成，前段为MPPT汇流箱，单台功率小，且有多路MPPT功能，每台接入少量的电池板，追踪电池板的最佳工作点，升压到一个固定的直流电压，再把多台汇流箱输入一台1000kW的逆变器，这样既提高了发电效率，也节省了成本。

4. 光伏并网逆变器拓扑结构

首先：heric的字面意思就是Highly Efficient Reliable Inverter Concept，一种高效可靠的逆变器概念；再者：heric逆变器也是非隔离的拓扑结构！传统的光伏并网逆变器都是采用变压器来进行电隔离，以此保障人身安全，但是这样大大降低了系统效率。heric就是一种无变压器光伏逆变器拓扑，该拓扑是在H桥的桥臂两端加上两个反向的开关管进行续流，以达到续流阶段电网与光伏电池隔离的目的。

5. 集中式光伏逆变器

一、集中式逆变器

集中式逆变器是将汇总后的直流电转变为交流电，因此，逆变器的功率都相对较大，光伏电站中一般采用500KW以上的集中式逆变器。

二、组串式逆变器

组串式逆变器是将组件产生的直流电直接转变为交流电，再进行汇总，因此，逆变器的功率都相对较小，光伏电站中一般采用100KW以下的组串式逆变器。

系统对比

一、集中式逆变器系统方案

光伏组件→直流电缆→直流汇流箱→直流电缆→集中式逆变器→交流电缆→升压变压器

二、组串式逆变器系统方案

光伏组件→直流电缆→组串式逆变器→交流电缆→交流汇流箱→交流电缆→升压变压器

适用项目

一、集中式逆变器适用项目类型

采用集中式逆变器系统方案的光伏电站项目一般规模较大，均在兆瓦级别以上，多为大型地面电站、荒漠电站。

二、组串式逆变器适用项目类型

组串式逆变器系统方案适用于规模较小的地面光伏、屋顶光伏发电系统。

两种系统方案优势对比

一、集中式逆变器系统方案优势

1、逆变器数量少，便于管理。

2、逆变器元器件数量少，可靠性高。

3、谐波含量少、直流分量少、电能质量高。

4、逆变器集成度高，功率密度大，成本低。

二、组串式逆变器系统方案优势

1、组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏阵列对应一个逆变器，直流端具有最大功率追踪功能，交流端并联并网，其优点是不受组串模块差异和阴影遮挡的影响，同时减少光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量。

2、组串式逆变器MPPT电压范围宽，一般250-800V，组件配置更为灵活，在阴雨天、雾气多的地区，发电时间长。

3、组串式逆变器的体积小、重量轻，搬运和安装都非常方便，在各种应用中都能够简化施工、减少占地。

4、自耗电低、故障影响小、更换维护方便。

两种系统方案劣势对比

一、集中式逆变器系统方案劣势

1、直流汇流箱故障率较高；

2、集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为450-820V，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多的地区，发电时间短；

3、逆变器安装需要专用的机房和设备；

4、集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能无法监控到全部组件的运行情况，因此无法使每一路组件都处于最佳工作点，所以当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，将会影响整个系统的发电效率；

5、集中式逆变系统无冗余能力，如发生故障停机，整个系统将停止发电。

二、组串式逆变器系统方案劣势

1、电子元器件较多，功率器件和信号电路位于同一面板上，设计和制造的难度大，可靠性稍差。

2、功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。户外安装易导致外壳和散热片老化。

3、不带隔离变压器设计，电气安全性稍差，不适合薄膜组件负极接地系统，直流分量大，对电网影响大。

4、多个逆变器并联时，总谐波高，单台逆变器THDI可以控制2%以上，但如果超过40台逆变器并联时，总谐波会迭加。且较难抑制。

5、逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度增大。

6、没有直流断路器和交流断路器，没有直流熔断器，当系统发生故障时，不易断开。

7、单台逆变器可以实现零电压穿越功能，但多机并联时，零电压穿越功能、无功调节、有功调节等功能实现较难。

6. 光伏逆变器常用拓扑

1、单管Buck-Boost：是非隔离升降压（输出可高于或低于输入电压）式PWM DC/DC转换电路，其输出电压与输入电压方向相反，开关MOS管是高端驱动，因此可工作在BUCK或BOOST两种工作状态，工作时序比BOOST复杂需要分别进行分析；

2、双管Buck-Boost：是非隔离升降压（输出可高于或低于输入电压）式PWM DC/DC转换电路，其输出电压与输入电压方向相同，开关MOS管同时具有高、低端驱动，存在BUCK和BOOST两种工作状态相互切换的问题，用硬件不易实现PWM，用软件（如DSP）比较容易实现，不易产生工作状态切换不稳定性问题；光伏逆变器比较常用这种拓扑架构。

7. 并网型光伏逆变器

光伏并网发电系统原理如下

太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P－N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴。

在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。

太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类

一类是并网发电系统

即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂

另一类是独立式发电系统

即在自己的闭路系统内部形成电路。

并网发电系统通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。

而独立式发电系统光伏数组首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池。

8. 单相两级光伏并网逆变器主回路结构

1.检查逆变器、逆变器直流侧开关、逆变器交流侧开关、直流柜去逆变器的直流开关、升压变压器、升压变压器高压侧开关及其回路均符合送电条件。

2.检查逆变器直流侧开关、逆变器交流侧开关、直流柜去逆变器的直流开关、升压变压器高压侧开关均在断开状态。

3.使用专用摇把将净化站高压配电房H18 1#光伏进线高压柜开关由“实验”位置移到“工作”位置。

4.使用子站的监控系统在远方合上进线高压柜断路器，由“分闸”移到“合闸”位置，检查升压变压器和升压变压器高压侧开关空载运行无异常。没有公司分管领导批准并做好安全措施，禁止用高压柜上的合闸按钮合上升压变压器高压侧开关。

5.合上逆变器交流侧开关，并再次确认开关已合闸。（逆变器控制板使用采用交流供电）

6.合上汇流箱内的直流断路器，并再次确认断路器已合闸。观测监控系统，查看各线路是否正常，如有异常，断开开关，重新检查设备及接线，直到正常为止。

7.再合上直流配电柜去逆变器的直流开关，并再次确认断路器已合闸，查看电压电流大小是否偏高或偏低。

8.合上逆变器直流侧开关，并再次确认开关已合闸。

9.检查逆变器能否在并网前完成自检，并在直流侧电压高于470V时完成并网发电。

10.检查逆变器并网运行后参数有无异常。

11.检查逆变器直流侧开关、逆变器交流侧开关、直流柜去逆变器的直流开关及其回路均无异常。

9. 光伏发电并网逆变器结构

区别和种类如下

一，按照逆变器输出分类1，单相逆变器；2，三相逆变器；3，多相逆变器二，按照逆变器输出交流的频率分类1，工频逆变器；2，中频逆变器；3，高频逆变器三，按照逆变器的输出波形分类1；方波逆变器；2，阶梯波逆变器；3，正弦逆变器四，按照逆变器线路原理分类1，自激振荡型逆变器；2，阶梯波叠加型逆变器；3，脉宽调制型逆变器；

4，谐振型逆变器五，按照逆变器主电路结构分类1，单端式逆变器；2，半桥式逆变器；3，全桥式逆变器；

4，推挽桥式逆变器六，按照逆变器输出功率大小分类1，小功率逆变器（小于1KW）；2，中功率逆变器（1~10KW）；3，大功率逆变器（大于10KW）

10. 光伏发电并网逆变技术

光伏发与市电并网原理:依靠太阳能电池组件,利用半导体材料的电子学特性,当太阳光照射在半导体PN结上,产生了较强的内建静电场,在内建静电场的作用下,将光能转化成电能。

并网发电系统通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电,经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。

 并网发电系统分为太阳能并网发电系统和风力并网发电系统。并网太阳能发电系统由光伏组件、光伏并网逆变电源量装置组成。光伏组件将太阳能转化为直流电能,通过并网逆变光伏并网发电系统电源将直流电能转化为与电网同频同相的交流电能馈入电网。

并网逆变电源是光伏并网发电系统的核心设备。风机并网发电系统由风力机、风机控制器、风机并网逆变电源及计量装置等组成。风机将风能转化为交流电能,通过风机控制器再转换为直流电能,经风机并网逆变器将直流电能转化为与电网同频同相的交流电能馈入电网。风机并网逆变电源是风力并网发电系统的核心控制设备,它将风机发出的交流电整流成直流电力,然后逆变成交流电最大限度馈入电网。