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光伏并網逆變器及分布式發電系統

日前,國家能源正式頒布了《分布式光伏發電項目管理暫行辦法》,與此早之前國家能源局面就召集了能源局相關各司及江、浙、滬發改委和能源局領導均有出席的高規格座談會,并在隨后的意見稿中明確提出了“將在2014年新建總量達12GW的光伏發電項目,其中8GW屬于分布式,4GW為地面電站。這無疑都反映了***主管部門力推分布式光伏發電,以壓制地面電站的無序擴張的決心。在蘇州歐姆尼克新能源科技有限公司總經理趙磊看來,選擇分布式光伏發電的方向是十分準確的,其抓住了光伏發電的本質。西部地面電站發展過程出現了太多問題。實際上,地面電站不應是、也絕不會是今后光伏發電的主要發展方向。然后這種產業形態的實質性轉變,反應到光伏逆變器領域,則是產品與市場的雙重角力。“雖然大型逆變器在成本上有一定的優勢,但隨著分布式光伏政策及細則的不斷發布,傳統大型逆變器的體積大、不便搬運、直流電纜多、需加入匯流箱和直流配電柜,雖然逆變器本身效率很高,相對整個電站效率偏低等缺點將暴露地更加明顯”。從技術角度,對于相同容量的光伏電站,采用大型逆變器時MPPT較少,MPPT集中監測,精確度較低;若采用組串式逆變器時,針對不同的安裝方式或每一串電池板都有一個MPPT精確監測,組串間影響小,整體發電效率高;從商務角度:就以前的市場來看,因為采用金太陽一次性補貼的商務運作方式,所以很多人在設計電站的時候只是考慮一次性的投資成本,所以選用大型逆變器,因為僅僅從逆變器本身是最便宜的。組串式逆變器的單瓦價格高于大型逆變器,因此業主往往會考慮使用大型逆變器;但是隨著技術成熟和市場變化,目前隨著新的補貼政策(度電補貼按照0.42元每千瓦時)的推出,綜合考慮組串型機型的價格有相當的優勢,因此組串式逆變器與大型逆變器的市場格局正悄然發生著變化,隨著分布式電站的逐步興起,以組串型逆變器為主,微型逆變器為輔(在屋頂局部陰影附近或者局部電池板角度不一致選用)結合,將是未來分布式從整體電站考慮的最佳選擇了。

 

大型荒漠光伏電站的建設大概從2010年開始爆發,直到今天仍是光伏電站的主流形式,不僅組件大廠風起云涌,倒閉、重組、轉型。。。。。。逆變器行業也是令人如此,全球逆變器老大SMA的裁員、西門子退出光伏業務、ABB收購Power-One,而國內則形成以陽光電源為龍頭的眾多逆變器廠家、山億新能源、古瑞瓦特,還有資金相比雄厚的正泰電源和中興也開始進軍光伏逆變器行業。而古瑞瓦特短短3年時間已經形成以中功率為主要機型的明星企業,浙江昱能的微逆產品也幾乎能與Enphase并駕齊驅。

光伏逆變器的類型形成了以500kW大功率電站型、10-30K中功率和3-5K小功率組串逆變器為主流的產品,還有匯流箱、電站監控軟件等設備,而大型荒漠電站的監控系統則大多被紫光、南瑞等繼保大廠統一打包。

光伏電站從今年開始分布式的建設步伐開始加大,而市場上對中功率的需求以及光伏發電單元整體解決方案的需求明顯加大。微網在國內比較大的成熟案例還是比較少一點。

在新能源行業中,大量的分布式電源對智能電網的需求也日漸緊迫,對將來輸電網的架構要求也會更高,在現有的基礎上,光伏發電還能走多遠?或者說各種設備廠家的方向又該如何?大家都有什么高見,不妨拿出來討論討論。

 

各位業界同仁對光伏發電的未來市場和設備預研方向有什么看法?

 

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2013-12-25 09:02

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2013-12-25 09:05
常規電網接入分布式電源后潮流變化
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2013-12-25 09:08
@lianqu8421
常規電網接入分布式電源后潮流變化
 

分布式發電是從配電網側接入電網,因此發電的潮流與電網中常規潮流方向是相反的,對電網的影響有以下幾點:

1.對電壓影響:分布式發電接入會抬高接入點電壓

2.對繼電保護的影響:造成保護誤動、據動。

3.諧波對電能質量的影響。

4.對系統頻率的影響:分布式能源的間歇性、不可存儲性決定了它的出力不穩,大容量的DG有功變化容易導致電網頻率失穩。

5.單相并網引起的系統不平衡。(決定了單相小功率逆變器適用范圍)

 

  

           上圖由于DG發電的電流會流向故障點(短路或接地)從而導致電網正常潮流的短路電流減小,因而會導致C據動,因為DG電流注入導致C檢測到的短路電流很小到不了保護限值。

            當故障點發生在負荷側時,由于DG電流會直接流入故障點,短路電流很大,會導致B檢測到故障電流導致誤動,本來B回路是沒有故障的,按常規只斷開A即可。

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2013-12-26 08:40

 

將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為16號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為16號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為16號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。準備談談三電平的SVPWM調制 通過空間矢量控制(SVPWM)計算出12PWM開關序列

 

空間矢量脈寬調制技術(SVPWM)是以理想三相對稱交流電供電的交流電機的理想磁鏈的圓形軌跡為基準,用逆變器的不同的開關狀態所產生的三相交流電壓去逼近基準磁通圓,用逼近的結果來計算出逆變器所要產生此種交流電壓的開關狀態以及開關時間,并形成PWM波,輸出到逆變器的開關管,完成逆變器的交流電壓輸出。

 

 

 

不管是T字型,還是I字型三電平拓撲,每個橋臂可以輸出三種電壓:P狀態),0(O狀態)N狀態)。因此可計算出27種開關狀態3*3*3=27),選擇合適的開關狀態合成參考電壓矢量,通過控制小矢量作用時間來控制中點電位

 

下圖是三電平SVPWM矢量調制扇區圖

 

 

 

 

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2013-12-26 08:42
@lianqu8421
 將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。準備談談三電平的SVPWM調制通過空間矢量控制(SVPWM)計算出12路PWM開關序列 空間矢量脈寬調制技術(SVPWM)是以理想三相對稱交流電供電的交流電機的理想磁鏈的圓形軌跡為基準,用逆變器的不同的開關狀態所產生的三相交流電壓去逼近基準磁通圓,用逼近的結果來計算出逆變器所要產生此種交流電壓的開關狀態以及開關時間,并形成PWM波,輸出到逆變器的開關管,完成逆變器的交流電壓輸出。   不管是T字型,還是I字型三電平拓撲,每個橋臂可以輸出三種電壓:(P狀態),0(O狀態),(N狀態)。因此可計算出27種開關狀態(3*3*3=27),選擇合適的開關狀態合成參考電壓矢量,通過控制小矢量作用時間來控制中點電位 下圖是三電平SVPWM矢量調制扇區圖  [圖片]  

 

 目前在三相逆變器里面,這種5-30KW范圍內,現在追求高效率都是采用三電平的結構。

 

 

 

 

 

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2013-12-26 13:26
@lianqu8421
 將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。準備談談三電平的SVPWM調制通過空間矢量控制(SVPWM)計算出12路PWM開關序列 空間矢量脈寬調制技術(SVPWM)是以理想三相對稱交流電供電的交流電機的理想磁鏈的圓形軌跡為基準,用逆變器的不同的開關狀態所產生的三相交流電壓去逼近基準磁通圓,用逼近的結果來計算出逆變器所要產生此種交流電壓的開關狀態以及開關時間,并形成PWM波,輸出到逆變器的開關管,完成逆變器的交流電壓輸出。   不管是T字型,還是I字型三電平拓撲,每個橋臂可以輸出三種電壓:(P狀態),0(O狀態),(N狀態)。因此可計算出27種開關狀態(3*3*3=27),選擇合適的開關狀態合成參考電壓矢量,通過控制小矢量作用時間來控制中點電位 下圖是三電平SVPWM矢量調制扇區圖  [圖片]  

 

 

 

 

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2013-12-27 16:31
@lianqu8421
  [圖片]  

  

逆變器運行優劣大致可以用4個正弦波來表達:

1. 電網檢測正弦波:也就是電網鎖相環的精度及響應,作為第一關檢測,與逆變器的穩定運行至關重要,取決于電壓霍爾元件或采樣濾波電路的性能和軟件鎖相的響應能力。

2. DSP正弦波:DSP需要對電網采樣進行計算,高質量的軟件算法和控制器的魯棒性決定了逆變器的穩定、高效運行。

3.  SVPWM驅動模擬正弦波:主要決定于DSP脈沖驅動電路和IGBT驅動電路的效率、精度。

4.  并網電流正弦波:此波形輸出與輸入相互制約,這是電流閉環控制的必然結果。輸出取決于前3個正弦波的質量,同時檢測的電流反饋信號又是閉環控制優劣的主要因素。取決于霍爾電流傳感器及采樣濾波電路的精度。一般MPPT效率與電流傳感器性能息息相關,閉環傳感器MPPT效率肯定比開環傳感器高。

5.  如何處理電流傳感器和電壓傳感器的偏置以及保證電壓、電流傳感器的基準是不好把握的。

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2013-12-27 16:39
@lianqu8421
 將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。將三電平空間矢量圖看成是六個兩電平空間矢量圖的疊加合成,如圖所示:把三電平空間矢量圖分為6個區域,分別為1到6號區域,每個區域都是一個扇形,并存在于一個小的兩電平空間矢量圖內。確定所要合成的電壓矢量所在區域的區號,通過矢量的合成,把原矢量等效成兩電平空間矢量圖的等效空間矢量。準備談談三電平的SVPWM調制通過空間矢量控制(SVPWM)計算出12路PWM開關序列 空間矢量脈寬調制技術(SVPWM)是以理想三相對稱交流電供電的交流電機的理想磁鏈的圓形軌跡為基準,用逆變器的不同的開關狀態所產生的三相交流電壓去逼近基準磁通圓,用逼近的結果來計算出逆變器所要產生此種交流電壓的開關狀態以及開關時間,并形成PWM波,輸出到逆變器的開關管,完成逆變器的交流電壓輸出。   不管是T字型,還是I字型三電平拓撲,每個橋臂可以輸出三種電壓:(P狀態),0(O狀態),(N狀態)。因此可計算出27種開關狀態(3*3*3=27),選擇合適的開關狀態合成參考電壓矢量,通過控制小矢量作用時間來控制中點電位 下圖是三電平SVPWM矢量調制扇區圖  [圖片]  

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lianqu8421
LV.4
10
2013-12-30 09:42
@lianqu8421
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并網逆變器分類
?集中型逆變器

    所有光伏組件通過串并聯組成一個光伏陣列,再統一由一個逆變器集中轉換成交流電。優點:輸出功率高,單位發電成本低。缺點:由于電池組件間差異的影響,能源利用率低,穩定性差。    

?組串型逆變器

    光伏組件串聯構成光伏組串,每個光伏組串(1kW~30kW)通過一個逆變器并網,形成模塊化發電。優點:不受器件差異影響,增大了發電量。這種方式逐漸成為分布式光伏屋頂發電主流結構。

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lianqu8421
LV.4
11
2013-12-30 09:44
@lianqu8421
并網逆變器分類?集中型逆變器   所有光伏組件通過串并聯組成一個光伏陣列,再統一由一個逆變器集中轉換成交流電。優點:輸出功率高,單位發電成本低。缺點:由于電池組件間差異的影響,能源利用率低,穩定性差。    ?組串型逆變器   光伏組件串聯構成光伏組串,每個光伏組串(1kW~30kW)通過一個逆變器并網,形成模塊化發電。優點:不受器件差異影響,增大了發電量。這種方式逐漸成為分布式光伏屋頂發電主流結構。[圖片]

工頻隔離系統優點:結構簡單、可靠性高、抗沖擊性能好、安全性能良好、直流側 MPPT電壓等級一般在 200V-800V缺點:系統效率相對較低,體積笨重。

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lianqu8421
LV.4
12
2013-12-30 09:45
@lianqu8421
并網逆變器分類?集中型逆變器   所有光伏組件通過串并聯組成一個光伏陣列,再統一由一個逆變器集中轉換成交流電。優點:輸出功率高,單位發電成本低。缺點:由于電池組件間差異的影響,能源利用率低,穩定性差。    ?組串型逆變器   光伏組件串聯構成光伏組串,每個光伏組串(1kW~30kW)通過一個逆變器并網,形成模塊化發電。優點:不受器件差異影響,增大了發電量。這種方式逐漸成為分布式光伏屋頂發電主流結構。[圖片]
高頻升壓不隔離系統
?優點:加入了 Boost 電路用于 DC/DC 直流輸入電壓的提升,同時進行MPPT控制,效率高,重量輕,且太陽電池陣列的直流輸入電壓范圍可以很寬(150V-450V)。這種拓樸結構為市場的主流。
?缺點:太陽電池板與電網沒有電氣隔離,太陽電池板兩極有電網電壓;使用了高頻 DC/DCEMC 難度加大。

 

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lianqu8421
LV.4
13
2013-12-30 09:47
@lianqu8421
高頻升壓不隔離系統?優點:加入了Boost電路用于DC/DC直流輸入電壓的提升,同時進行MPPT控制,效率高,重量輕,且太陽電池陣列的直流輸入電壓范圍可以很寬(150V-450V)。這種拓樸結構為市場的主流。?缺點:太陽電池板與電網沒有電氣隔離,太陽電池板兩極有電網電壓;使用了高頻DC/DC,EMC難度加大。[圖片] 
高頻隔離系統優點:同時具有電氣隔離與重量輕的優點,系統效率在 93%左右。缺點:由于隔離 DC/DC/AC 的功率等級一般較小,所以這種拓樸結構集中在 5kW 以下;高頻 DC/DC/AC 的工作頻率較高,一般幾十 kHz 或更高,系統的 EMC 比較難設計;系統的抗沖擊性能差。

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lianqu8421
LV.4
14
2013-12-30 10:13
@lianqu8421
高頻隔離系統優點:同時具有電氣隔離與重量輕的優點,系統效率在93%左右。缺點:由于隔離DC/DC/AC的功率等級一般較小,所以這種拓樸結構集中在5kW以下;高頻DC/DC/AC的工作頻率較高,一般幾十kHz或更高,系統的EMC比較難設計;系統的抗沖擊性能差。[圖片]

帶交流旁路的全橋逆變器(H6橋) 特點:在交流端并聯一對串聯的開關管,通過這兩個管子的續流,使得H橋上流過電流的調制開關的正向電壓由Vdc降低為1/2Vdc,減小了開關管的損耗,同時,這一拓撲結構采用雙極性PWM調制的輸出調制波形同全橋拓撲采用單極性PWM調制的輸出波形一致,有效地抑制了電流紋波,減小了濾波電感上的損耗,這一拓撲的最高效率可做到97%。這種拓撲結構和下面將提到的帶直流旁路的全橋逆變拓撲,均可稱為H6拓撲,且在市場上得到了廣泛的應用。

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lianqu8421
LV.4
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2013-12-30 10:14
@lianqu8421
高頻隔離系統優點:同時具有電氣隔離與重量輕的優點,系統效率在93%左右。缺點:由于隔離DC/DC/AC的功率等級一般較小,所以這種拓樸結構集中在5kW以下;高頻DC/DC/AC的工作頻率較高,一般幾十kHz或更高,系統的EMC比較難設計;系統的抗沖擊性能差。[圖片]

帶直流旁路的全橋逆變器 特點:S1S4均工作在電網頻率,S5S6工作在開關頻率,由反并聯二極管D7D8和電容的箝位作用,S5S6的開關電壓為1/2Vdc,開關損耗得到降低,加上S1S4調制實現零電流導通,進一步減小了損耗,其輸出電壓也同單極性調制的全橋拓撲相同,抑制了電流紋波,減小了損耗,這一拓撲結構的最大效率能達97.4%

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lianqu8421
LV.4
16
2013-12-30 10:15
@lianqu8421
帶交流旁路的全橋逆變器(H6橋) 特點:在交流端并聯一對串聯的開關管,通過這兩個管子的續流,使得H橋上流過電流的調制開關的正向電壓由Vdc降低為1/2Vdc,減小了開關管的損耗,同時,這一拓撲結構采用雙極性PWM調制的輸出調制波形同全橋拓撲采用單極性PWM調制的輸出波形一致,有效地抑制了電流紋波,減小了濾波電感上的損耗,這一拓撲的最高效率可做到97%。這種拓撲結構和下面將提到的帶直流旁路的全橋逆變拓撲,均可稱為H6拓撲,且在市場上得到了廣泛的應用。[圖片]

H5全橋逆變器特點 

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lianqu8421
LV.4
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2013-12-30 10:15
@lianqu8421
帶直流旁路的全橋逆變器 特點:S1到S4均工作在電網頻率,S5和S6工作在開關頻率,由反并聯二極管D7、D8和電容的箝位作用,S5和S6的開關電壓為1/2Vdc,開關損耗得到降低,加上S1到S4調制實現零電流導通,進一步減小了損耗,其輸出電壓也同單極性調制的全橋拓撲相同,抑制了電流紋波,減小了損耗,這一拓撲結構的最大效率能達97.4%。[圖片]

H5全橋逆變器特點:這一拓撲結構為德國SMA公司專利,是對上一個拓撲的改良(帶直流旁路的全橋逆變器),其基本思路與前面的拓撲結構差不多,因為省了一個管子,最大效率達到驚人的98.1%

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lianqu8421
LV.4
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2013-12-30 10:18
@lianqu8421
H5全橋逆變器特點:這一拓撲結構為德國SMA公司專利,是對上一個拓撲的改良(帶直流旁路的全橋逆變器),其基本思路與前面的拓撲結構差不多,因為省了一個管子,最大效率達到驚人的98.1%。[圖片]

H5全橋逆變器特點:這一拓撲結構為德國SMA公司專利,是對上一個拓撲的改良(帶直流旁路的全橋逆變器),其基本思路與前面的拓撲結構差不多,因為省了一個管子,最大效率達到驚人的98.1%

現在光伏上三電平中功率的逆變器普遍采用前級加旁路二極管的BOOST電路和后級三電平inverter結構,如下圖:

一般廠家是雙路BOOST,這圖只畫了一個,原理是一樣的

 

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2014-09-19 17:45
@lianqu8421
H5全橋逆變器特點:這一拓撲結構為德國SMA公司專利,是對上一個拓撲的改良(帶直流旁路的全橋逆變器),其基本思路與前面的拓撲結構差不多,因為省了一個管子,最大效率達到驚人的98.1%。現在光伏上三電平中功率的逆變器普遍采用前級加旁路二極管的BOOST電路和后級三電平inverter結構,如下圖:[圖片]一般廠家是雙路BOOST,這圖只畫了一個,原理是一樣的 

樓主分析的好完整

 

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zwttt
LV.6
20
2016-08-18 18:12
@lianqu8421
H5全橋逆變器特點:這一拓撲結構為德國SMA公司專利,是對上一個拓撲的改良(帶直流旁路的全橋逆變器),其基本思路與前面的拓撲結構差不多,因為省了一個管子,最大效率達到驚人的98.1%。現在光伏上三電平中功率的逆變器普遍采用前級加旁路二極管的BOOST電路和后級三電平inverter結構,如下圖:[圖片]一般廠家是雙路BOOST,這圖只畫了一個,原理是一樣的 
樓主知識非常全面!
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