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前言

光伏逆變器經過十多年的快速發展,功率從幾千瓦到幾百千瓦,電壓也達到了1500V,甚至也在向2000V邁進,模塊常用的還是IGBT技術。隨著對功率、體積、效率的追求,SiC模塊也已經開始商用,鑒于對成本、可靠性、市場接受程度等方面考慮,目前各大廠商還未將SiC模塊方案商用。據了解目前已有許多廠商推出了應用于光伏的SiC模塊,相信不久的將來SiC模塊將成為光伏的主流方案。在1500V系統,前級升壓多采用飛跨Boost方案,上游半導體廠商已經將電路做成模塊,多數正在與各大逆變器廠商合作,開發基于SiC模塊的光伏逆變器,當成本與IGBT持平時,可能IGBT占比就會逐漸減少。在相同體積條件下,SiC可以做更大的功率,系統電壓進一步提升,逆變器的功率密度得以提升,綜合考慮下來,SiC模塊的優勢還是很多的,目前還未大量使用的原因可能是,各大廠商在研發或小批量階段或是在觀望,畢竟技術成熟性、成本控制上不能吸引下游產業。但技術在不斷進步,這些不足將一一被克服,更先進的光伏設備會面向廣大客戶。

本貼來源文獻資料《基于光伏逆變器的飛跨Boost電路參數設計方法研究》                   

                           《ONsemi光伏逆變器系統解決方案》


目錄

1 概述

2 飛跨BOOST三電平拓撲原理

3 仿真實驗

4 參考文獻


1 概述

光伏逆變器的種類可分為集中式、組串式、微型等,其應用場景不同,所選有的逆變器類型各不相同,其中組串式逆變器應用最多,隨著器件的進步,逆變器的功率密度在不斷提高,單價和體積將越做越小,成為了市場主流。隨著對功率的追求,IGBT模塊的優勢不再明顯,而SiC在當下的趨勢下能提供更高的效率,SiC適用于更高的電壓、簡化拓撲、損耗更小。SiC高的開關速度、高電壓適用于大功率場合,在減小體積、提高功率密度、提高效率具有更大的優勢。提高母線電壓,在相同電流條件下,輸出功率更大。例如:母線電壓由1100V提升至1500V,可以顯著提高運行效率。ON解決方案1500V與1100V逆變器比較見表1。

組串式光伏逆變器前級BOOST常用的電路有三種,如圖2所示。?

注:表格和電路圖來源ONsemi公開的解決方案。

在大功率組串式光伏逆變器應用中,前級飛跨BOOST升壓電路應用最為廣泛,第二節學習飛跨BOOST原理。

2 飛跨BOOST三電平拓撲原理

根據開關管的工作狀態,可以將飛跨BOOST電路分為四種工作模態,如圖3所示。

模態1:T1、T2管截止,電感電流線性減小,L能量傳向負載,Cf能量不變;

模態2:T1、T2管導通,電感電流線性增加,L能量儲存能量,Cf能量不變;

模態3:T1管截止、T2管導通,電感電流線性減小,L能量傳向Cf傳遞,Cf能量增加;

模態4:T1管導通、T2管截止,電感電流線性減小,L、Cf能量傳向負載,Cf能量減少。

反向載波的飛跨BOOST電路T1、T2管占空比交錯180°導通,根據占空比大小,分析分為兩種工作狀態,即:當D<0.5時,一個工作周期工作模態為:模態3→模態1→模態4→模態1;當D≥0.5時,一個工作周期工作模態為:模態3→模態2→模態4→模態2。

兩個工作模式的對比見表2。

3 仿真實驗

文中研究了飛跨BOOST電路的動態控制策略,分為兩步,一是:通過輸入電流指令和輸入濾波電感的偏差進行增幅,獲得T2脈寬;二是:半母線電壓作為Cf的電壓指令,與檢測的偏差電壓偏差進行增幅,獲得T1、T2的脈寬差,同時也可獲得T1脈寬。控制策略如圖4。

文中根據圖4控制策略,搭建了仿真模型,給出了輸入1080V,輸出1300V條件下,飛跨電容Cf紋波控制效果,如圖5所示。

圖5仿真結果可以看出,飛跨電容電壓控制在655V附近,峰峰值約為16V。仿真結果證明了參數設計和控制策略的合理性。

該文研究了飛跨BOOST電路參數的設計和控制策略,并通過仿真驗證了參數和控制策略的有效性,對想了解飛跨BOOST工作原理的初學者具有指導意義,便于快速地了解飛跨BOOST的工作原理和參數計算方法。

4 參考文獻

[1] 基于光伏逆變器的飛跨Boost電路參數設計方法研究


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