通過可定制單芯片系統(tǒng)提高光伏逆變器的效率(上)

　　PV逆變器系統(tǒng)

　　PV逆變器系統(tǒng)通常有兩個主要的組成部分：用于實施系統(tǒng)管理任務(wù)和控制算法的控制器，以及AC至DC轉(zhuǎn)換電路。控制器的特性取決于PV系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)以及功能需求。以下章節(jié)將更詳細(xì)地分析每個組成部分以及它們?nèi)绾斡绊懻w系統(tǒng)效率。

　　控制器

　　所有PV系統(tǒng)的中心就是控制?？刂破鞯穆氊?zé)包括：
　　●電網(wǎng)和系統(tǒng)監(jiān)控
　　●針對并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(grid-connected system)，系統(tǒng)與公用電網(wǎng)的同步
　　●輸出功率的品質(zhì)監(jiān)控
　　●實現(xiàn)安全性并符合標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的保護(hù)功能
　　●數(shù)據(jù)記錄、固件升級，以及與系統(tǒng)操作人員的通信
　　●對于單獨(dú)式系統(tǒng)，當(dāng)PV產(chǎn)生的電能超過負(fù)載需求時，進(jìn)行電池充電控制
　　●并網(wǎng)PV系統(tǒng)的智能電表

　　控制器的一個額外的相對嚴(yán)苛的職責(zé)就是運(yùn)行控制和能源管理算法，比如最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)、脈寬調(diào)制(pulse-width modulation，PWM)和功率因數(shù)校正(power factor correction，PFC)。除了嚴(yán)苛的計算需求，這些算法會對電源效率產(chǎn)生顯著影響。

　　DC至AC轉(zhuǎn)換電路

　　DC至AC轉(zhuǎn)換電路將來自太陽能電池板的原始DC電力轉(zhuǎn)換為符合公用電網(wǎng)的電壓和電力質(zhì)量要求的清潔的AC電力。該轉(zhuǎn)換通過使用一套開關(guān)功率器件來完成，比如MOSFET或IGBT。逆變器電路還包括有源濾波電路，減少來自于高頻開關(guān)的諧波引起的失真。

　　還有一些可以用于PV轉(zhuǎn)換電路的配置。這些配置由若干功率處理級、功率解耦類型、各級之間的互連類型，以及電網(wǎng)接口類型來規(guī)定。而且，可以使用適合于不同功率水平的各種逆變器架構(gòu)。

　　在采集太陽能時，轉(zhuǎn)換器的效率是至關(guān)重要的，因而必須采取謹(jǐn)慎的措施來設(shè)計。電路效率取決于所使用的拓?fù)浜皖愋鸵约八褂迷墓ぷ魈匦?例如，半導(dǎo)體開關(guān)器件、磁性元件和電容器)。

　　此外，增加開關(guān)功率器件的電壓應(yīng)力會引起高開關(guān)功率損耗。在逆變器電路中，這些開關(guān)和傳導(dǎo)損耗應(yīng)該通過使用高效的逆變器拓?fù)?，連同能夠運(yùn)行在高頻下而損耗最小的半導(dǎo)體開關(guān)和驅(qū)動電路來實現(xiàn)損耗最小化。

　　在MOSFET、超級結(jié)(super junction) MOSFET和IGBT功率器件的性能和成本間存在著折衷權(quán)衡。通常，MOSFET比IGBT更昂貴，但MOSFET在更高頻率下效率更高。

　　兩種逆變器拓?fù)湟呀?jīng)實現(xiàn)了更高效率，可用于并網(wǎng)集中式逆變器：
　　●高效、可靠的逆變器概念(highly efficient and reliable inverter concept，HERIC)，如圖1所示。
　　●多電平逆變器(一種典型拓?fù)?，如圖2所示)。