一种大功率可再生能源的应用现状设计和实现

。其中一些单元有输入旁路开关，可以对直流母线进行控制。另一些则没有旁路开关，它们总是串联着，其电压之和对应于最小的发电机电压。

这里给出一个兆瓦级风机的功率转换方案，包括中压同步发电机、机舱中的二极管整流器、高效的中压直流电压传输装置、线端中压逆变器和高压并网变压器(见图3)。使用几个单元对变化的发电机输出电压分压。每个单元有一个三相或者单相的并网逆变器，分隔变压器绕组和直流母线电容。中压发电机的电流对直流母线充电并输入功率，变换器将能量输出。因此，直流母线电压要保持恒定，因为它决定了直流母线对电网的放电电流。单元输入处为一个半桥配置，例如经典的升压变换器，但它只当作旁路开关使用。如果发电机电压低于串联单元的电压之和，发电机的电流应该减小。为此，更多的单元需要被旁路，减小串联单元的数目，增加发电机电流。

图3 中压发电机和由几个单元串联构成的中压并网逆变器

2.2光伏应用

光伏(PV or photovoltaic)是太阳能光伏发电系统(photovoltaic power system)的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

光伏应用中一般只有一个电力电子并网逆变器(GTI)。GTI的交流输出电压和最小直流输入电压成正比，该最小直流输入电压是和最小光照成正比的启动光伏电压。如果选择的交流输出电压越低，则额定功率对应的电流越高，然而启动电压会越低。为此需要对交流输出电压做一个折衷：一些产品使用3×270V,另一些使用3×328V.

当光伏电压/输出交流电压较低时，可以利用很小的能量，当交流输出电压设计得较高则无法利用这部分能量。在光伏应用中，GTI只工作在约1/2额定输出电压下。1200 V硅器件是一个发展，它使得输入输出交流电压可以达到480V,而现在的光伏应用中通常使用270V到330V.这样运行效率更低，因为其与调制比M,即Vac与Vdc的比值，密切相关。对于400Vac/650Vdc或者480 Vac/800Vdc,效率很接近而且都大于现在使用的270Vac/(500…900 Vdc)(见图4)。

图4 不同功率下GTI的效率;Fsw=5kHz

2.3带有前端控制的光伏并网逆变器

在此介绍一种兆瓦级光伏装置的功率转换方案（见图5），包括太阳能电池板、紧接电池板的对称升压变换器前端控制、连接到逆变器的直流传输线、工业化的并网变换器、正弦滤波器以及标准中压线电压的变压器。

图5升压变换器和并网逆变器

逆变器输入电压优化至交流变压器的输入电压，调制比M约为1.

美国应用实例：图5所示电路，光伏输出电压在200V-600V的范围内；升压输出/传输电压800V直流电压；最后输出3×480V交流电到变压器上。前端控制的硅器件为600V，逆变器中为1200V.当光伏电压为400V时，直流输电线上损耗只占1/4.要求电池板输出的纹波电流相对小，可以增加电池板和前端控制间的电感，同时也需要提高开关频率。连接电缆的电感对于减小电流纹波有帮助。100m的连接电缆电感值超过0.1mH.

欧盟应用实例：光伏电压变化范围在400-900V间，前端升压变换器产生650V电压，输出3×400V交流电；或者产生800V电压，输出3×480V交流电。当光伏电压高于650V或者800V时，升压变换器停止工作，GTI的输入电压即为光伏电压。

前端升压变换器交替输出正二分之一和负二分之一的输出电压，当上部和下部的IGBT都只导通一半的开关时间，即180度电角度，则作为倍压变换器运行。这种运行方式有很大优势，太阳能电池板输出电流恒定，不需要再增加额外的大电感作为L1和L2，使用50-100m的连接电缆即可。

这个优势导致该方案如图6所示。

图6倍压变换器，第二个旁路或升压变换器，两个使用多重化PWM的GTI

光伏电压总是可以翻倍，即在800~1800V范围内。对于GTI中使用的低压硅器件，1800V是一个过高的电压，我们可以使用中压风机中使用的方法，将两个单元串联。旁路电路可以安装在靠近倍压变换器的地方，它为两个串联的逆变器调整需要的直流电压。