光伏發電，無變壓器型並網逆變器，主電路拓撲結構

    無論采用何種技（jì）術，逆變（biàn）器的基本設計都很明（míng）確（què），且非常相似。其核心就是將直流電壓（太陽能電池組件）轉（zhuǎn）換成交流電壓（可並網）的過程。在轉變的過程中，不停地轉換直流電的正負極連接，從而形成方向變化的交流電。所以，逆變器的關鍵部件是（shì）橋接開關（guān）（功率器件），如圖1（a）所示，這（zhè）個開關橋的（de）一（yī）側連接輸入的直流電源，在另一側連接交流（liú）電網。在工作過程中，隻有兩個相對的開關可以同時關閉。

    如（rú）果將此開關橋的開關速度設置成與電網（wǎng）頻率相（xiàng）同，則在理論上可以將橋的輸出側與電網連接。但是，由於這樣輸出的電（diàn）流是方波，且強度沒有變（biàn）化，因此需要在輸出端安（ān）裝一個具有鐵芯的電感器，用（yòng）以（yǐ）將輸出電流控（kòng）製成為正弦波形狀。橋的斷開采用（yòng）脈衝過程進（jìn）行，從而（ér）形成與脈（mò）衝相關的（de）較小電流分量。這樣的電流分量（liàng）可以對電感器的電流進行控製。脈衝的頻率一般為20kHz，這樣就完全可以形成50Hz的電流，如圖1（b）所示。

    對於光伏逆變器來說，還有一個非常重要的設備不能（néng）遺漏：輸入端的電容器，如圖1（c）所示。電容器的作（zuò）用是儲存電能，確保來自發電側的電流持續一（yī）致（zhì）供給橋接開關，並通過與電（diàn）網頻率（lǜ）同步變化的橋進入電（diàn）網。隻有在輸入電容器的容（róng）量足夠大的（de）情況（kuàng）下，才能夠保證光伏（fú）發電（diàn）係統的持續、正常運行。

    圖（tú）2描述了可（kě）用於（yú）直接並網的逆變器的基本功能，但在實際應用中，輸入電壓的範（fàn）圍具有一定的局限性。對（duì）於（yú）並網發電應用，其輸入電壓必（bì）須在任何時刻（kè）都高於電網的峰值電壓。當電網電壓的有效值為250V時，為達到正常（cháng）並網，要求發（fā）電側的（de）最低電壓應為354V。

    與標準逆變器的基本設計（jì）不同（tóng），直接並網逆變器有很多方法來調整（zhěng）或提升輸入（rù）電壓範圍。常用的逆變器技術方案與結構都各不（bú）相同，上麵提到的逆變器（qì）拓樸（pǔ）結（jié）構不僅在（zài）電氣隔離方麵不同，在可達到的效率、對電壓的依賴性等方麵也各不相同（tóng）。因此，沒有（yǒu）統一的公式（shì）來界定何種逆變器設計是最（zuì）優秀的設計，設計中必須要（yào）考慮到具體使（shǐ）用的逆變器特性。

    光伏逆變器設計的另一個趨勢是擴大輸（shū）入電壓範圍，這會導致（zhì）相同（tóng）功率級下輸入電流的減小，或相同輸入電流（liú）下功率級的提（tí）高。輸入電壓比較（jiào）高時，需要使用額定電壓更高(1200V範圍（wéi）內)的IGBT，從而產生更大的（de）損耗（hào）。解（jiě）決這一問題的一個方法是采用三電平逆變器，如圖3所示。

    采用兩個串聯的電解電容可把高輸入（rù）電壓一分為二，將中間點與零線(neutralline)連接，這時就（jiù）可以再（zài）采用600V開關。三電平逆（nì）變器可在三個（gè）電平間進行轉換（huàn）：+Vbus、0V和–Vbus。此方（fāng）案除了比1200V開關結構的解決方案更有效之外，三電平逆變器還有一個優勢，就是輸出電感大為減小。三電平逆變器（qì）主要有（yǒu）兩個顯著特（tè）點：

    ①由（yóu）多個（gè）電平台階合成的輸出電壓正弦波形，在相同開關頻率條件下，與傳統二電平逆（nì）變器相比，諧波含量大（dà）大減少，改（gǎi）善了輸出電壓波（bō）形；

    ②開關管的電壓額（é）定值隻為直流母線上電壓的一半，使低壓開關器件可以應用於高（gāo）壓變換器中。

    但是，三電平逆變器的缺點是控製策略較複雜和（hé）出現中點電（diàn）壓（yā）不平衡（héng）的問（wèn）題，其中，中點電壓不平衡是三電平逆變器（qì）的（de）一個致命弱點。顯然，若逆（nì）變器直流母線上並聯兩電容的中點電壓在運行時不（bú）穩定，它將引起輸出（chū）的三電平電壓變（biàn）化，不僅使（shǐ）輸出電壓波形畸變，諧波增加，而且使三相輸出電流（liú）不對稱，失去三電平逆變器（qì）的優勢。然而，對於中點電壓不平衡問題，目前尚未有根本（běn）的解決方法。其中有代表性的（de）方法一是利用改進硬件電路實現中點電（diàn）壓平衡的方法；二是通過改變開關時序（xù）或控製矢量電壓持續時間的方法實現電壓平衡。但（dàn）都存在電路複雜、控製效果不理想的（de）問題。

    目前，隻要光伏發係統設計合理，完全可以經濟運（yùn）行。直接並入電網（wǎng）的無（wú）變壓（yā）器型逆變器因（yīn）為其低成本、高效率而日益受（shòu）到重視。變壓器將電能轉化成磁能，再將磁能轉化成（chéng）電能，在輸入與輸出端之間安裝的電氣隔離裝置導致的（de）能量損失可達到1%，甚至高達2%。因此，無變壓器型逆變器的（de）運行效率要（yào）比變壓器型逆變器高（gāo），這種技術（shù）還（hái）有很多其它的優點，例如材料消耗（hào）少、重量輕等。