通过可定制单芯片系统提高光伏逆变器的效率(上)

PV逆变器系统

PV逆变器系统通常有两个主要的组成部分：用于实施系统管理任务和控制算法的控制器，以及AC至DC转换电路。控制器的特性取决于PV系统的类型和结构以及功能需求。以下章节将更详细地分析每个组成部分以及它们如何影响整体系统效率。

控制器

所有PV系统的中心就是控制。控制器的职责包括：
　　●电网和系统监控
　　●针对并网发电系统(grid-connected system)，系统与公用电网的同步
　　●输出功率的品质监控
　　●实现安全性并符合标准和法规的保护功能
　　●数据记录、固件升级，以及与系统操作人员的通信
　　●对于单独式系统，当PV产生的电能超过负载需求时，进行电池充电控制
　　●并网PV系统的智能电表

控制器的一个额外的相对严苛的职责就是运行控制和能源管理算法，比如最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)、脉宽调制(pulse-width modulation，PWM)和功率因数校正(power factor correction，PFC)。除了严苛的计算需求，这些算法会对电源效率产生显著影响。

DC至AC转换电路

DC至AC转换电路将来自太阳能电池板的原始DC电力转换为符合公用电网的电压和电力质量要求的清洁的AC电力。该转换通过使用一套开关功率器件来完成，比如MOSFET或IGBT。逆变器电路还包括有源滤波电路，减少来自于高频开关的谐波引起的失真。

还有一些可以用于PV转换电路的配置。这些配置由若干功率处理级、功率解耦类型、各级之间的互连类型，以及电网接口类型来规定。而且，可以使用适合于不同功率水平的各种逆变器架构。

在采集太阳能时，转换器的效率是至关重要的，因而必须采取谨慎的措施来设计。电路效率取决于所使用的拓扑和类型以及所使用元件的工作特性(例如，半导体开关器件、磁性元件和电容器)。

此外，增加开关功率器件的电压应力会引起高开关功率损耗。在逆变器电路中，这些开关和传导损耗应该通过使用高效的逆变器拓扑，连同能够运行在高频下而损耗最小的半导体开关和驱动电路来实现损耗最小化。

在MOSFET、超级结(super junction) MOSFET和IGBT功率器件的性能和成本间存在着折衷权衡。通常，MOSFET比IGBT更昂贵，但MOSFET在更高频率下效率更高。

两种逆变器拓扑已经实现了更高效率，可用于并网集中式逆变器：
　　●高效、可靠的逆变器概念(highly efficient and reliable inverter concept，HERIC)，如图1所示。
　　●多电平逆变器(一种典型拓扑，如图2所示)。