并網(wǎng)光伏逆變器隔離的集成

市場上主要有兩類PV逆變器，即無變壓器逆變器和變壓器隔離逆變器。無變壓器逆變器可能會受到大接地漏電流和注入的直流的影響，因?yàn)镻V電池板與交流網(wǎng)之間存在很大的電池板電容而且缺少隔離，如圖1(a)所示。如果有直流組分注入電網(wǎng)中的交流電流中，這種情況是應(yīng)該避免的，因?yàn)榻Y(jié)果可能導(dǎo)致配電變壓器飽和。許多安全標(biāo)準(zhǔn)對電網(wǎng)中注入的直流電流量進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，有些情況下，必須對變壓器進(jìn)行隔離。在電池板與電網(wǎng)之間采用變壓器隔離技術(shù)可以消除因電池板相對于電網(wǎng)的電壓差而產(chǎn)生的直流注入路徑，如圖1(b)所示。除直流注入以外，并網(wǎng)逆變器還需滿足電網(wǎng)的其他要求，比如總諧波失真和單諧波電流水平、功率系數(shù)以及孤網(wǎng)運(yùn)行情況的檢測等。電網(wǎng)電壓和注入電網(wǎng)的電流必須精確監(jiān)控。如果用于執(zhí)行MPPT和柵極驅(qū)動功能的控制器位于電池板一端，則必須將這些測量值隔離開來。為了使PV電池板發(fā)揮最大效率，需采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法。為了實(shí)現(xiàn)MPTT，還需監(jiān)控電池板電壓和電流。當(dāng)人們嘗試串聯(lián)多個PV逆變器以減少所需逆變器的數(shù)量時，電池板電壓可能變得非常高。從PV電池板高邊端進(jìn)行的電流測量也需要隔離。除了隔離電流和電壓測量以外，還需要RS-485、RS-232和CAN等接口功能。RS-485或RS-232一般用于面向這些PV逆變器的通信，以獲得實(shí)時的性能數(shù)據(jù)，而通信總線則需要進(jìn)行隔離，因?yàn)榭偩€需要傳輸較長的距離，同時也是出于安全考慮。對于通信距離較短時，也可使用隔離CAN。這些收發(fā)器也需要把隔離電源從電池板一端抽取至總線一端。

傳統(tǒng)上，隔離是由光耦合器實(shí)現(xiàn)的。然而，光耦合器的電流傳輸功能會隨著時間而下降，可能幾年后就無法運(yùn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許多太陽能電池板提供的20年壽命擔(dān)保。這里，我們建議使用基于微變壓器的信號和電源隔離法，這種方法可以滿足PV逆變器中存在的多種集成需求。這種方法不但可以克服光耦合器的性能下降缺陷，而且允許集成ADC之類的檢測功能或者RS-485或RS-232收發(fā)器之類的接口功能。另外，該方法可以提供隔離電源用以驅(qū)動這些檢測IC、隔離收發(fā)器或者隔離柵極驅(qū)動器?；诠怦詈掀鞯臇艠O驅(qū)動器則耗電量大，時序特性也非常不穩(wěn)定?；谖⒆儔浩鞯臇艠O驅(qū)動器不但功耗更低，而且可以具有匹配性更好的柵極驅(qū)動器時序特性，可以顯著提高系統(tǒng)的總功率轉(zhuǎn)換效率。隔離的信號和電源集成也可大幅減少元件數(shù)量，從而降低系統(tǒng)成本、提高可靠性。