光伏發電，無變壓器型並網逆變器（qì），主電路拓撲結（jié）構

    無論（lùn）采用何種技術，逆變器的基本設計都很明確，且非常相似。其核心就是將直流電壓（太陽（yáng）能電池組件）轉換（huàn）成交流（liú）電壓（可並網）的過程。在（zài）轉變的過程中（zhōng），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橋接（jiē）開關（功率器件），如圖1（a）所示，這（zhè）個開關橋的一側連接輸入的直流電源，在另一（yī）側連（lián）接交（jiāo）流電網。在工作過程中，隻有兩個相對的開關可以同時（shí）關閉（bì）。

    如果將此開關橋的開關速度設置成與電網頻率相（xiàng）同，則在理論上可以將橋的輸出側與電網連接。但是，由於這樣輸出的電流是（shì）方波，且強（qiáng）度沒有變化，因此需要在輸出端安裝一個具有鐵芯的電感器，用以將輸出電流控製成為正弦波形狀。橋的斷開采用脈衝過程進行，從而形成與脈衝相（xiàng）關的較小電流分量。這樣的電流分量可以對電感器的（de）電流進行控製。脈衝的頻率一般為20kHz，這（zhè）樣就完全可以形（xíng）成50Hz的電流，如（rú）圖1（b）所示。

    對於光伏逆變器來說，還有一個非常重要（yào）的設備不能（néng）遺漏：輸入端的（de）電容器，如圖1（c）所示。電容器的作用是儲存電（diàn）能，確（què）保來（lái）自發電側的（de）電流持續一致供給橋接開關，並通過與電（diàn）網頻率同（tóng）步變化的橋進入電網。隻有在輸入電容器的容量足夠大的情況下，才能夠保證光（guāng）伏發電係統的持續、正常運行。

    圖2描述（shù）了可用於直接（jiē）並網的逆變器的基本功能，但（dàn）在實際應用中，輸入電壓的範圍具有一定的局限性。對於並（bìng）網發電應（yīng）用，其（qí）輸入電壓必須在任（rèn）何時刻都高於電網的峰值電壓。當電（diàn）網電壓的有效（xiào）值為250V時，為達到正常並網，要求發電（diàn）側的最低電壓應為（wéi）354V。

    與標準逆變器的基本設計（jì）不同，直接並網逆變器有很多方法來調整或提升輸入電壓（yā）範圍。常用的逆變器技術方案與結構都各不相同，上麵提到的逆變器（qì）拓樸結構不僅在電氣隔離方麵不同，在可（kě）達到的效（xiào）率、對電壓的依賴性等方麵也各不（bú）相同。因（yīn）此，沒有統一的公（gōng）式來界定何種逆變器設計是最優（yōu）秀的設計，設計中必須要考慮到具體使（shǐ）用的逆（nì）變器特性。

    光伏逆變器設計（jì）的另一個趨（qū）勢是擴大輸入電（diàn）壓範圍，這（zhè）會導致相同功率級下輸入（rù）電流的減小，或相同輸入電流（liú）下功率級的提高。輸入電壓比較高時，需要使用額定電壓更高(1200V範圍內)的IGBT，從而產生更大的損耗。解決這一問（wèn）題的一個方法是采用三電平逆變器（qì），如圖3所示。

    采用兩個串聯的電解電容可把（bǎ）高輸入電壓一分為二，將中間點（diǎn）與零線(neutralline)連接，這時就可以再采用600V開（kāi）關。三電平逆變器可在三個電平間進行轉換：+Vbus、0V和–Vbus。此方案除了比1200V開關結構的解決（jué）方案更有效之外，三電平逆變器還有一個優勢，就是輸（shū）出電（diàn）感大為減小。三（sān）電平逆變（biàn）器主要有兩個顯著（zhe）特點：

    ①由多個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（chuán）統二電平逆變器相比，諧波含量大大減少，改善了輸出電壓（yā）波形；

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

    但是，三電平逆（nì）變器的缺點是控製（zhì）策略較複雜和出現中（zhōng）點電（diàn）壓不平衡的問題，其中，中（zhōng）點電壓不平衡是三電平逆變器的一個致（zhì）命弱點。顯然，若逆變器直（zhí）流母（mǔ）線上並聯兩電容的（de）中點電壓在運行時不穩定，它將引起輸出的三電平電壓變化，不（bú）僅（jǐn）使輸（shū）出電壓波形畸變，諧波增加，而且使三相輸（shū）出電（diàn）流不對稱，失去三電平逆（nì）變器的優勢。然而，對於中點電壓不平衡問題，目前尚未有根本的解決方法。其中有代表性的方法一（yī）是利用改進硬件電路實現中點電壓平衡的方法（fǎ）；二是通過改變開關時序或控製矢量電壓持續時間的方法實現電壓平衡（héng）。但都存在電路（lù）複雜、控製效（xiào）果不理想的問（wèn）題。

    目前，隻要光伏發（fā）係統設計合理，完全可以經濟運行。直接並入電網的無變壓器型逆變器因為其低成（chéng）本、高效率而日益受到重視（shì）。變壓器將電能轉化成磁能，再（zài）將磁（cí）能轉化成電能，在（zài）輸入與輸出端之間安裝的電氣隔離（lí）裝置導致的能（néng）量損失可達到1%，甚至高達2%。因此，無變壓器型逆變器的運行效率要比變壓器（qì）型逆變（biàn）器高，這種技術還有很多其它的優點，例如材料消耗少（shǎo）、重（chóng）量輕（qīng）等。