微逆變器設(shè)計要點總結(jié)

　 微逆變器區(qū)別于傳統(tǒng)逆變器的特點：

　 （1）逆變器輸入電壓低、輸出電壓高

　 單塊光伏組件的輸出電壓范圍一般為20~50V，而電網(wǎng)的電壓峰值約為311V(220VAC)或156V(110VAC)，因此，微逆變器的輸出峰值電壓遠高于輸入電壓，這要求微逆變器需要采用具備升降壓變換功能的逆變器拓撲；而集中式逆變器一般為降壓型變換器，其通常采用橋式拓撲結(jié)構(gòu)，逆變器輸出交流側(cè)電壓峰值低于輸入直流側(cè)電壓；

　（2）功率小

　 單塊光伏組件的功率一般在100W~300W，微逆變器直接與單塊光伏組件相匹配，其功率等級即為100W~300W，而傳統(tǒng)集中式逆變器功率通過多個光伏組件串并聯(lián)組合產(chǎn)生足夠高的功率，其功率等級一般在1kW以上。

　 微逆變器的設(shè)計考慮因素：

?。?）變換效率高

　 并網(wǎng)逆變器的變換效率直接影響整個發(fā)電系統(tǒng)的效率，為了保證整個系統(tǒng)較高的發(fā)電效率，要求并網(wǎng)逆變器具有較高的變換效率。

　　（2）可靠性高

　 由于微逆變器直接與光伏組件集成，一般與光伏組件一起放于室外，其工作環(huán)境惡劣，要求微逆變器具有較高的可靠性

　（3）壽命長

　 光伏組件的壽命一般為二十年，微逆變器的使用壽命應該與光伏組件的壽命相當。

　（4）體積小

　微逆變器直接與光伏組件集成在一起，其體積越小越容易與光伏組件集成。

　（5）成本低

　 低成本是產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢，也是微逆變器市場化的需求。

　微逆變器的關(guān)鍵性技術(shù)

　（1）微逆變器拓撲

　微逆變器的特殊應用需求決定了其不能采用傳統(tǒng)的降壓型逆變器拓撲結(jié)構(gòu)，如全橋、半橋等拓撲，而應該選擇能夠同時實現(xiàn)升降壓變換功能的變換器拓撲，除能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓變換功能外，還應該實現(xiàn)電氣隔離；另一方面，高效率、小體積的要求決定了其不能采用工頻變壓器實現(xiàn)電氣隔離，需要采用高頻變壓器。

　 可選的拓撲方案包括：高頻鏈逆變器、升壓變換器與傳統(tǒng)逆變器相組合的兩級式變換、基于隔離式升降壓變換器的Flyback逆變器等幾種，其中Flyback變換器拓撲結(jié)構(gòu)簡潔，控制簡單、可靠性高，是一種較好的拓撲方案，目前Enphase、Involar（英偉力）等公司開發(fā)的微逆變器產(chǎn)品均是基于Flyback變換器。

　 （2）高效率變換技術(shù)

　 為了減小微逆變器的體積，要求提高逆變器的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率的提高必然導致開關(guān)損耗升高、變換效率下降，因此小體積與高效率兩者之間是矛盾的，高頻軟開關(guān)技術(shù)是解決兩者矛盾的有效方法，軟開關(guān)技術(shù)可以在不增加開關(guān)損耗的前提下提高開關(guān)頻率。

　 研究和開發(fā)簡單有效的軟開關(guān)技術(shù)并將軟開關(guān)技術(shù)與具體的微逆變器拓撲相結(jié)合是微逆變器開發(fā)需要解決的關(guān)鍵問題之一，據(jù)報道，英偉力公司引入諧振軟開關(guān)技術(shù)有效改善了微逆變器的變換效率，其發(fā)布的MAC250微逆變器產(chǎn)品最高效率達到95%以上，CEC效率達到94.5%以上。

　 （3）并網(wǎng)電流控制技術(shù)

　 傳統(tǒng)的集中式并網(wǎng)逆變器中一般采用電流閉環(huán)控制技術(shù)保證進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，實現(xiàn)高質(zhì)量的并網(wǎng)電流控制，如采用PI控制、重復控制、預測電流控制、滯環(huán)控制、單周期控制、比例諧振控制等控制方法，上述方法都需要采用電流霍爾等元件采樣進網(wǎng)電流，進而實現(xiàn)并網(wǎng)電流的控制。

　 由于微逆變器的小功率特色，為了降低單位發(fā)電功率的成本，且考慮到體積要求，開發(fā)新型的高可靠性、低成本小功率并網(wǎng)電流控制技術(shù)是微逆變器開發(fā)需要解決的另一個關(guān)鍵性問題。

　（4）高效率、低成本最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)

　 光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率為電池板的光電轉(zhuǎn)換效率、MPPT效率和逆變器效率三部分乘積，高效率MPPT技術(shù)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率提高和成本降低有十分重要的意義。

　　常見的MPPT算法包括開路電壓法、短路電流法、爬山法、擾動觀察法、增量電導法以及基于模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的智能跟蹤算法等，上述MPPT方法中一般需要同時檢測光伏輸出側(cè)電壓和電流，進而計算出并網(wǎng)功率。

　 微逆變器的光伏側(cè)輸入電壓低，因此光伏側(cè)的電流較大，如果采用電阻檢測輸入側(cè)電流，對微逆變器的整機效率影響較大，而采用霍爾元件采樣光伏側(cè)電流則會增加系統(tǒng)成本及逆變器體積，因此針對微逆變器的特殊要求，需要開發(fā)新型的無需電流檢測的高效率MPPT技術(shù)。據(jù)報道，英偉力公司研究了一種無電流傳感器MPPT技術(shù)來適應微逆變器的應用需求，MPPT效果良好，跟蹤精度達到99.9%以上。

?。?）孤島檢測技術(shù)

　 孤島檢測是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)必備的功能，是人員和設(shè)備安全的重要保證。針對微逆變器的特殊應用需求，開發(fā)簡單、有效、零檢測盲區(qū)、不影響進網(wǎng)電流質(zhì)量的孤島檢測技術(shù)是微逆變器開發(fā)需要解決的一個重要課題。

　（6）無電解電容變換技術(shù)

　 光伏組件的壽命一般為20~25年，要求微逆變器的壽命必須接近光伏組件，而電解電容式功率變換器壽命的瓶頸，要使微逆變器達到光伏組件的壽命，必須減少或避免電解電容的使用，因此研究和開發(fā)無電解電容功率變換技術(shù)是微逆變器開發(fā)需要解決的另一個課題。

　（7）信息通信技術(shù)

　當多個微逆變器組成分布式發(fā)電系統(tǒng)時，系統(tǒng)需要實時收集每個微逆變器的信息，以實現(xiàn)有效的監(jiān)測與管理，因此需要低成本、高效、高可靠性信息通信技術(shù)作為保證，可以利用的通信技術(shù)包括PLC、ZigBee、Z-Wave、6LowPA、PoE、GPRS、GSM技術(shù)等。

　 本文分析了微逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀，重點分析了微逆變器開發(fā)所需要解決的關(guān)鍵性問題，分析表明，微逆變器與傳統(tǒng)重大功率集中并網(wǎng)逆變器存在明顯的不同，為了掌握微逆變器的核心技術(shù)，需要解決包括逆變器拓撲、軟開關(guān)、并網(wǎng)電流控制、MPPT等多個關(guān)鍵性核心技術(shù)。