●fpwm = 16khz; ●vpv-nominal = 300v; ●vdc = 400v。
根据图5、6的仿真结果可以看到,模块的效率几乎不随负载的降低而下降。模块总的欧洲效率(boost+inverter)可以达到98.8%。即使加上无源器件的损耗,总的光伏逆变器的效率仍然可以达到98%。图6虚线显示了使用常规功率器件,逆变器的效率变化。可以明显看到,在低负载时,逆变器效率下降很快。
图5 boost电路效率仿真结果 ee=99.6%
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图6 flowsol-bi逆变电路效率仿真结果-ee=99.2%标准igbt全桥-ee=97.2% (虚线)
4.6 三相无变压器光伏逆变器拓扑结构介绍
大功率光伏逆变器需要使用更多的光伏电池组和三相逆变输出(见图7),最大直流母线电压会达到1000v。
图7 三相无变压器式光伏逆变器功能图
这里标准的应用是使用三相全桥电路。考虑到直流母线电压会达到1000v,那开关器件就必须使用1200v的。而我们知道,1200v功率器件的开关速度会比600v器件慢很多,这就会增加损耗,影响效率。对于这种应用,一个比较好的替代方案是使用中心点箝位(npc=neutral point clamped)的拓扑结构(见图8)。这样就可以使用600v的器件取代1200v的器件。
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图8 三相无变压器npc光伏逆变器原理图
为了尽量降低回路中的寄生电感,最好是把对称的双boost电路和npc逆变桥各自集成在一个模块里。 (1) 双boost模块技术参数(见图9)
图9 flowsol-npb—对称双boost电路
●双boost电路都是由mosfet(600v/45 mω)和sic二极管组成;
●旁路二极管主要是当输入超过额定负载时,旁路boost电路,从而改善逆变器整体效率; ●模块内部集成温度检测电阻。 (2) npc逆变桥模块的技术参数(见图10)
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图10 flowsol-npi -npc逆变桥
●中间换向环节由75a/600v的igbt和快恢复二极管组成; ●上下高频切换环节由mosfet(600v/45 mω)组成; ●中心点箝位二极管由sic二极管组成; ●模块内部集成温度检测电阻。
对于这种拓扑结构,关于模块的设计要求基本类似于前文提到的单相逆变模块,唯一需要额外注意的是,无论是双boost电路还是npc逆变桥,都必须保证dc+,dc-和中心点之间的低电感设计。
有了这两个模块,就很容易设计更高功率输出光伏逆变器。例如使用两个双boost电路并联和三相npc逆变桥就可以得到一个高效率的10kw的光伏逆变器。而且这两个模块的管脚设计充分考虑了并联的需求,并联使用非常方便。图 11是双boost模块并联和三相npc逆变输出模块布局图。
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图11 双boost模块并联和三相npc逆变输出模块布局图 针对1000v直流母线电压的光伏逆变器,npc拓扑结构逆变器是目前市场上效率最高的。图12比较了npc模块(mosfet+igbt)和使用1200v的igbt半桥模块的效率。
图12 npc逆变桥输出效率(实线)和半桥逆变效率(虚线)比较
根据仿真结果,npc逆变器的欧效可以达到99.2%,而后者的效率只有96.4%。npc拓扑结构的优势是显而易见的。 4.7 下一代光伏逆变器拓扑的设计思路介绍
目前混合型h桥(mosfet+igbt)拓扑已经取得了较高的效率
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