光伏發(fā)電用的功率調(diào)節(jié)器及其高效率化技術(shù)

4應(yīng)用階梯控制型逆變器的功率調(diào)節(jié)器

對(duì)應(yīng)用階梯控制型逆變器技術(shù)的功率調(diào)節(jié)器予以說(shuō)明，有關(guān)電路結(jié)構(gòu)，操作原理敘述如下。本功率調(diào)節(jié)器，是在對(duì)上述副逆變器供給電力的方法上下一番功夫；向副逆變器供電的方法，以及通過(guò)太陽(yáng)電池寄生電容流過(guò)的漏電流，如何降低其漏流等有關(guān)情況介紹如下。

4.1應(yīng)用階梯控制型逆變器技術(shù)的功率調(diào)節(jié)器

階梯控制型功率調(diào)節(jié)器的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。新近專門開發(fā)的功率調(diào)節(jié)器示于圖6，調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池輸出直流功率的斬波回路，由與原來(lái)相同的線圈，半導(dǎo)體開關(guān)元件，以及二極管構(gòu)成。逆變器部分，是由3臺(tái)全橋(fullbridge)電路組成的不同逆變器組成，包括主逆變器(1B)開關(guān)切換輸入的直流電壓，以及與其串聯(lián)連接的副逆變器(2B、3B)。一般，太陽(yáng)電池中發(fā)出的直流功率在功率調(diào)節(jié)器部分變換成交流功率之際，會(huì)產(chǎn)生功率損耗。原來(lái)的逆變器是使用一臺(tái)逆變器，產(chǎn)生高電壓高頻率的矩形波通過(guò)濾波回路，修整成正弦波。

如上所述，階梯控制型逆變器，是由電壓不同的3臺(tái)逆變器組合而成，生成階梯形模擬正弦波。由于電壓的振幅小，濾波電路可實(shí)現(xiàn)小型化，故功率變換時(shí)的損耗大幅度減小。圖7所示為：主逆變器和副逆變器輸出電壓的波形，全部逆變器的輸出電壓波形，以及通過(guò)輸出濾波器后的輸出電壓波形。本功率調(diào)節(jié)器的階梯控制型逆變器，因2個(gè)副逆變器較少，副逆變器對(duì)正弦波電壓與主逆變器矩形波電壓的差電壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腜WM操作，將輸出的電壓波形修整成正弦波形。

4.2向副逆變器提供功率的方法

階梯控制型功率調(diào)節(jié)器是由3臺(tái)逆變器串聯(lián)連接的。從太陽(yáng)電池得到的電力，送至輸入電壓最大的主逆變器，向其它副逆變器2B-1NV、3B-1NV供給電力，需要通過(guò)別的途徑。下面介紹有關(guān)向副逆變器供給電力的方法。1B-1NV的輸出電壓波形如圖8所示，正弦波的半周期內(nèi)一次輸出1脈沖波形。另方面，2B-1NV與3B-1NV的輸出電壓是相等的，藉補(bǔ)償目標(biāo)輸出電壓與1B-1NV輸出電壓差額的PWM控制來(lái)進(jìn)行輸出。令各逆變器1B-1NV、2B-1NV、3B-1NB處理的功率為P1B、P2B、P3B，輸出有效功率為P。令各逆變器的輸入電壓為VC1、VC2、VC3，輸出正弦波電流峰值為Im，電壓峰值為Vm，交流電壓的頻率為fs，各項(xiàng)功率則表示如下：

(1)

Po=VmIm/2(2)

對(duì)連接于功率調(diào)節(jié)器的負(fù)荷而言，假定是在正弦波、功率因數(shù)＝1的電流流過(guò)的場(chǎng)合。Po=P1B時(shí)，2B-1NV和3B-1NB輸出的綜合功率量為零。從而，通過(guò)2B-1NV、3B-1NV輸出脈沖寬度的增減，可以控制流向2B-1NV、3B-1NV的功率量。在圖8所示的區(qū)域A，由2B、3B-1NV的能量進(jìn)行放電，在區(qū)域B則向2B、3B-1NV進(jìn)行充電。

4.3通過(guò)太陽(yáng)電池寄生電容流過(guò)的泄漏電流減小的方法

主逆變器如圖9所示，配備了2個(gè)MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）QZ1、QZ2構(gòu)成的零切換電路，零切換是在1B-1NV不動(dòng)作的低電壓輸出范圍，不通過(guò)由Q1~Q4構(gòu)成的逆變電路，直接連接2B-1NV和3B-1NV，輸出零電壓。來(lái)采用零切換電路的逆變器回路中，一旦零電壓輸出，就接通逆變器回路的高壓側(cè)或低壓側(cè)的開關(guān)。向這一零電壓輸出或從這一零電壓輸出的操作交替進(jìn)行時(shí)，通過(guò)太陽(yáng)電池模塊的寄生電容將急劇的產(chǎn)生漏泄電流。為防止這一漏泄電流，輸出1脈沖的1B-1NV配備了零切換電路，藉助零切換的操作則輸出零電壓。

5應(yīng)用階梯控制型逆變器的功率調(diào)節(jié)器特點(diǎn)

本節(jié)介紹有關(guān)階梯控制型功率調(diào)節(jié)器PV-PN40G的特點(diǎn)。這一功率調(diào)節(jié)器，將功率轉(zhuǎn)換時(shí)的損耗比原來(lái)的降低44%，達(dá)到了同業(yè)界最高的功率變換效率97.5%（2010年6月迄今，三菱公司的調(diào)查結(jié)果）。而且，如圖10所示，在廣范圍的輸出功率區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了比額定效率更高的變換效率（97.5%以上）。

因功率變換時(shí)的損耗產(chǎn)生的熱大幅度降低。故不需要散熱用的空氣流入口，提高了密封度。由此，也大幅度提高了耐潮濕性能。原來(lái)不能設(shè)置的脫衣室、洗臉間等設(shè)施現(xiàn)在均能配置。同時(shí)，因電壓振幅的減小，由濾波電路的線圈產(chǎn)生的噪音可以抑制，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界頂級(jí)的30dB低噪音。

再者，輸入電壓范圍由原來(lái)DC115-380V擴(kuò)展到DC50-380V。由此，原來(lái)多矩陣變換器（nultarray-converter，內(nèi)裝升壓功能的連接箱）必須3~6只模塊串聯(lián)配置。現(xiàn)在，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的連接箱也能實(shí)現(xiàn)升壓功能。不僅配置設(shè)計(jì)容易，而且也可降低系統(tǒng)的造價(jià)。

6結(jié)束語(yǔ)

以高效率化為目的，闡述了有關(guān)適用于太陽(yáng)光發(fā)電用功率調(diào)節(jié)器的階梯控制型逆變器技術(shù)。并為應(yīng)用階梯控制型逆變器而開發(fā)了向副逆變器供給電力的方法。對(duì)降低太陽(yáng)電池寄生電容導(dǎo)致的漏電流的零切換電路，以及有關(guān)配備了零切換的逆變器結(jié)構(gòu)等均作了介紹。此外，還展示了適用本技術(shù)的功率調(diào)節(jié)器PV-PN40G的特點(diǎn)。本產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了業(yè)界頂級(jí)的效率和極佳的靜噪性能。

近年來(lái)，太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)正在急速地?cái)U(kuò)大，因此，不能忽視太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響。對(duì)于功率調(diào)節(jié)器而言，由于系統(tǒng)事故造成瞬時(shí)功率、電壓的下降，功率調(diào)節(jié)器不能解列、停止，要求具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的功能，不僅要滿足這一新功能，還要實(shí)現(xiàn)高效率化。開發(fā)這種功率調(diào)節(jié)器是非常必要的。