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光伏逆变器电感元件及其技术趋势20120530.pdf

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光伏逆变器电感元件及其技术趋势 邵革良 田村（中国）上海技术研发中心,上海200020 摘要：本文通过对光伏并网系统的总结，分析了从小功率微逆变器到集中式发电站型光伏逆变器等各种 电路拓扑，系统地阐述了各种并网逆变器对其核心电感元件的特性要求；并针对现有电感存在的性能缺陷， 提出了一套利用混合磁路技术、磁集成等技术进行新型高性能电感设计的解决方案；新方案的特性在体现 欧效和美国加州能源效率要求的同时，兼顾了效率和成本的平衡；本文还通过结合电源技术发展的特点， 明确了今后光伏电感技术的发展趋势和方向。 关键词：光伏逆变器，升压电感，滤波电感，混合磁路，磁集成，微逆变，电磁兼容 PhotovoltaicPowerSystemReactorandItsTechnicalTrend ShaoGeliang ShanghaiR&DCenter,TamuraCorporationofChina,200020 Abstract：Accordingtosummarizingandanalyzingthephotovoltaicpowersystemofmicroinverter,residential inverter,commercialinverterandcentral&stationinvertertopologies,criticalspecificationrequirementsarestated forPVreactorsasthecorepassivecomponents.AfteranalyzingthedefectsofnormalPVreactorssuchas amorphousandsiliconsteelreactors,anovelhighefficientreactordesigningmethodandprincipleisintroduced withusinghybridmagneticsandintegratedmagneticstechnology.CombinedwithEuroEfficiencyandCEC Efficiencyrequirements,thenewreactorL-Icurveachievesbothhighefficiencyandbestcostbalance.Finally,a newviewofPVreactortechnicaltrendalsoisindicatedbyconnectingwiththedevelopmentofpowerelectronics technology. Keyword：PVinverter,boostreactor,filterreactor,hybridmagnetics,integratedmagnetics,EMC  0前言 世界范围的能源短缺、油价的持续高位上涨，已经成为全球经济可持续发展的重要制约因素之一。在 大力开发可再生型能源的浪潮之中，太阳能发电技术因其优越的环保性、易于大容量、规模化等特点，正 越来越受到广泛的重视。光伏发电系统中，为了最大限度地把太阳能电池发出的电力高效注入电网，PV逆 变器的变换效率，是近年来业界最关注的技术课题之一。 随着功率半导体器件技术、大规模数字控制技术等电力电子各领域的技术突破，作为储能滤波元件的 光伏功率电感，正越来越成为影响系统电力转换效率的重要瓶颈。为了提高系统的效率，降低电感的损耗， 不得不大量消耗铜材和昂贵的高性能磁性材料，成为整个逆变器中最昂贵的元件之一。 针对上述问题，本文将根据各种PV逆变器的基本电路架构和工作原理，分析其相配套使用的电感元件 的性能要求和目前被广泛采用的电感元件的优缺点，结合现有磁性材料的最新成果，提出用混合磁路及磁 集成技术等电感设计手法，来根本性解决这一问题的方法和途径。 1光伏逆变器的分类 并网式光伏逆变器因其实际应用的功率等级的不同，其电路架构及其工作机理也不仅相同。根据光伏 逆变器的功率等级，大体可以将并网光伏逆变器分成下列四个大类：微逆变器、住宅型光伏逆变器、商用 中功率逆变器、集中式发电站逆变器。 2微逆变器及其核心磁元件 由于太阳能组件因安装的位置、乌云状况、周围树叶等阴影的覆盖等因素的影响，各个组件所产生出 的电力会出现不同程度的离散。如果把它们都串并联在一起，就会出现犹如新旧电池组合使用的不良效果。 一般电池面积的2~3%被阴影覆盖时，总的发电量常常会出现高达20%的下降(1)，这严重影响了整个系统的发 电效能。为此，微逆变器专门对单一的电池组件进行独立的并网发电，可以最大限度地避免这一问题，此 方案一经问世便广受青睐。但一个家庭电力，往往需要十几个或更多这样的独立逆变单元，因此该逆变器 能否实现高效率低成本化就成为影响