最新高效率光伏逆变器拓扑结构及功率器件介绍

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1、最新高效率光伏逆变器拓扑结构及功率器件介绍MichaelFrischErnoTemesi韩军陈道杰摘要：效率正成为电力电子装置设计中越来越重要的参数。在某些应用中，效率甚至成为行业发展的驱动力，典型的如太阳能发电行业。因为对于光伏发电行业，效率的提升可以直接带来经济效益。本文详细介绍了最新的能够提供高效率的光伏逆变器拓扑结构和功率器件，包括单相和三相逆变器，功率因数补偿对策，高效电流双向流动逆变器等。关键词：光伏逆变器；拓扑；功率器件HighEfficientTopologiesforNextGenerationSolarInverterMichaelFrisch,Vincote

2、chGmbH,Ottobrunn82551,GermanyTemesiErnö,VincotechKft.,Bicske,H-2060,HungaryHAN,JunVincotechAPSales,Shenzhen518067,ChinaDAOJIE,Chen,VincotechAPSales,Shanghai200233,ChinaAbract:Efficiencyisbecomingincreasinglyimportantinpowerelectronics.Inmanyapplications,developmentsaredrivenbytheinitiativesfo

3、rreducedenergyconsumption.Thetechnologyleadersareinverterapplicationsinthesolarmarket,sinceinthissectorhigherefficiencyleadstoadirectpayback.Themaximumefficiencytargetintroducesnewrequirementsfortheelectronictopologiesandthepowerelectronicscomponents.Examplesofnew1~and3~solarinvertertopologie

4、sarepresented.Newideasforcos(Phi)compensationandhighefficientbi-directionalinverter/converteroptionsarediscussed.Keywords:SolarInverter;Topologies;PowerModule高效光伏逆变器设计–背景和现状对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价比的。但是对于光伏逆变器的设计而言，对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，欧洲效率的最大化才是最重要的。因为对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益，欧洲效

5、率的提高同样可以，而且更加明显[1]。欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分（图1）。图1:欧洲效率计算比重因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率。欧效的改善所带来的经济效益也很容易通过计算得到。例如以一个额定功率3kw的光伏逆变器为例，根据现在市场上的成本估算，光伏发电每千瓦安装成本大约需要4000欧元[2]，那也就意味着光伏逆变器每提高欧效1%就可以

6、节省120欧元。提高光伏逆变器的欧洲效率带来的经济效益是显而易见的，“不惜成本”追求更高的欧效也成为现在光伏逆变器发展的趋势。功率器件的选型在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，IGBT是最多被使用的器件。因为IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。但是对于光伏逆变器而言，IGBT的这个特性反而成为了缺点。因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。在轻载时，IGBT的导通压降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。相反，MOSFET的导通压降是线性的，

7、在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力，MOSFET成为了光伏逆变器的首选。另外考虑到提高欧效后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如SiC二极管，也正在越来越多的被应用在光伏逆变器的设计中，SiC肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损耗，降低电磁干扰。光伏逆变器的设计目标对于无变压器式光伏逆变器，它的主要设计目标为：ò对太阳能电池输入电压进行最大功率点跟踪，从而得到最大的输入功率ò追求光伏逆变器最大欧效ò低的电磁干扰为了得到最大输入功率，