光伏發(fā)電用的功率調節(jié)器及其高效率化技術

4應用階梯控制型逆變器的功率調節(jié)器

對應用階梯控制型逆變器技術的功率調節(jié)器予以說明，有關電路結構，操作原理敘述如下。本功率調節(jié)器，是在對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，以及通過太陽電池寄生電容流過的漏電流，如何降低其漏流等有關情況介紹如下。

4.1應用階梯控制型逆變器技術的功率調節(jié)器

階梯控制型功率調節(jié)器的電路結構如圖5所示。新近專門開發(fā)的功率調節(jié)器示于圖6，調節(jié)太陽電池輸出直流功率的斬波回路，由與原來相同的線圈，半導體開關元件，以及二極管構成。逆變器部分，是由3臺全橋(fullbridge)電路組成的不同逆變器組成，包括主逆變器(1B)開關切換輸入的直流電壓，以及與其串聯連接的副逆變器(2B、3B)。一般，太陽電池中發(fā)出的直流功率在功率調節(jié)器部分變換成交流功率之際，會產生功率損耗。原來的逆變器是使用一臺逆變器，產生高電壓高頻率的矩形波通過濾波回路，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，濾波電路可實現小型化，故功率變換時的損耗大幅度減小。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，以及通過輸出濾波器后的輸出電壓波形。本功率調節(jié)器的階梯控制型逆變器，因2個副逆變器較少，副逆變器對正弦波電壓與主逆變器矩形波電壓的差電壓進行補償的PWM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

階梯控制型功率調節(jié)器是由3臺逆變器串聯連接的。從太陽電池得到的電力，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，需要通過別的途徑。下面介紹有關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，藉補償目標輸出電壓與1B-1NV輸出電壓差額的PWM控制來進行輸出。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，各項功率則表示如下：

(1)

Po=VmIm/2(2)

對連接于功率調節(jié)器的負荷而言，假定是在正弦波、功率因數＝1的電流流過的場合。Po=P1B時，2B-1NV和3B-1NB輸出的綜合功率量為零。從而，通過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的能量進行放電，在區(qū)域B則向2B、3B-1NV進行充電。

4.3通過太陽電池寄生電容流過的泄漏電流減小的方法

主逆變器如圖9所示，配備了2個MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）QZ1、QZ2構成的零切換電路，零切換是在1B-1NV不動作的低電壓輸出范圍，不通過由Q1~Q4構成的逆變電路，直接連接2B-1NV和3B-1NV，輸出零電壓。來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或低壓側的開關。向這一零電壓輸出或從這一零電壓輸出的操作交替進行時，通過太陽電池模塊的寄生電容將急劇的產生漏泄電流。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應用階梯控制型逆變器的功率調節(jié)器特點

本節(jié)介紹有關階梯控制型功率調節(jié)器PV-PN40G的特點。這一功率調節(jié)器，將功率轉換時的損耗比原來的降低44%，達到了同業(yè)界最高的功率變換效率97.5%（2010年6月迄今，三菱公司的調查結果）。而且，如圖10所示，在廣范圍的輸出功率區(qū)內，實現了比額定效率更高的變換效率（97.5%以上）。

因功率變換時的損耗產生的熱大幅度降低。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。原來不能設置的脫衣室、洗臉間等設施現在均能配置。同時，因電壓振幅的減小，由濾波電路的線圈產生的噪音可以抑制，實際運轉工況下，實現了業(yè)界頂級的30dB低噪音。

再者，輸入電壓范圍由原來DC115-380V擴展到DC50-380V。由此，原來多矩陣變換器（nultarray-converter，內裝升壓功能的連接箱）必須3~6只模塊串聯配置?，F在，沒有標準的連接箱也能實現升壓功能。不僅配置設計容易，而且也可降低系統的造價。

6結束語

以高效率化為目的，闡述了有關適用于太陽光發(fā)電用功率調節(jié)器的階梯控制型逆變器技術。并為應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。對降低太陽電池寄生電容導致的漏電流的零切換電路，以及有關配備了零切換的逆變器結構等均作了介紹。此外，還展示了適用本技術的功率調節(jié)器PV-PN40G的特點。本產品實現了業(yè)界頂級的效率和極佳的靜噪性能。

近年來，太陽光發(fā)電系統正在急速地擴大，因此，不能忽視太陽能發(fā)電對電力系統的影響。對于功率調節(jié)器而言，由于系統事故造成瞬時功率、電壓的下降，功率調節(jié)器不能解列、停止，要求具有連續(xù)運轉的功能，不僅要滿足這一新功能，還要實現高效率化。開發(fā)這種功率調節(jié)器是非常必要的。