提高光伏逆变器功率转换效率的三种方法与实战方案

发布时间：2024-11-8 阅读量：121 来源: 我爱方案网作者: bebop

光伏逆变器使用过程中会随着时间的推移以及转换率的高低来决定其寿命。为了保障逆变器的使用寿命和安全性，国家制定了相关的标准。在有变压器的情况下逆变器的转换效率必须高于94%，而无变压器的情况下转换效率要高于96%。其中转换效率是衡量逆变器性能的重要指标。高效率的逆变器可以降低系统成本，延长系统寿命和提高系统稳定性。本文将介绍三种提高逆变器功率转换效率的方法，并提供非常有竞争力的实战方案。

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提高逆变器效率的技术手段

目前，提高功率逆变器效率的技术路线有3种。

1、空间矢量脉宽调制(SVPWM)

SVPWM是一种全数字化控制方式，具有直流电压利用率高、易于控制等优点，已广泛应用于功率逆变器。直流电压利用率高，在相同输出电压下可以使用较低的直流母线电压，降低了功率开关器件的电压应力，降低了器件的开关损耗，在一定程度上提高了功率逆变器的转换效率。在空间向量合成中，向量序列的组合有很多种。通过不同的组合和排序，可以达到减少功率器件开关次数的效果，可以进一步降低功率逆变器功率器件的开关损耗。

2、采用碳化硅材料制成的部件

碳化硅器件的单位面积阻抗仅为硅器件的百分之一，而用碳化硅制成的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等功率器件可将导通阻抗降低到常规硅器件的十分之一。由于碳化硅技术可以有效降低二极管的反向恢复电流，因此功率器件的开关损耗和主开关所需的电流容量也可以降低。因此，以碳化硅二极管为主开关的反并联二极管是提高功率逆变器效率的途径。

与传统的快速恢复反并联二极管相比，碳化硅制成的反并联二极管可以显著降低反向恢复电流，提高总转换效率1%。使用快速IGBT后，由于开关速度的加快，整机转换效率可提高2%。当SiC反并联二极管与快速IGBT结合时，功率逆变器的效率将进一步提高。

3、软交换和多电平技术

利用谐振原理，软开关技术可以使开关器件中的电流或电压按照正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时，器件关断，当电压自然过零时，器件导通，从而降低了开关损耗，解决了感性断开和容性开路的问题。而且，当开关两端的电压或流过开关的电流为零时，开关没有开关损耗，开关导通或关断。

三电平功率逆变器主要应用于高压大功率场景，与传统的两电平结构相比，零电平输出增加，功率器件电压应力降低一半。因此，三电平逆变器在相同开关频率下可采用比二电平逆变器更小的输出滤波电感，可有效降低电感损耗、成本和体积。同时，在相同的输出谐波含量下，三电平逆变器可以采用比两电平逆变器更低的开关频率、更低的开关损耗和更高的转换效率。

实战方案

基于HC32F334的两相交错反激式微型逆变器

本参考设计基于小华HC32F334数字电源芯片完成了交错反激式微型逆变器的应用方案开发，验证了HC32F334芯片完全能够胜任模拟与数字相结合、需要复杂PWM发波的数字电源应用场景；高效的系统设计、出色的性能指标以及完整的故障保护机制，验证了小华HC32F334芯片针对数字电源设计的优异性能。

方案规格

• PV电压范围：25~60V

• 电网电压：200~240V @50Hz

• 最大输出功率：500W

• 开关频率：60kHz~200kHz

• 峰值效率：94.7%

• 入网电流THD：3.2% @Vpv=45V 500W

• PF：>0.99

方案优势

• 基于自主知识产权的数字电源控制器方案

• 交错反激采用谷底开通断续模式，提高系统效率

• 交错反激输出馒头波，减小反激输出母线电容

• 全桥逆变采用工频开关，提高系统效率

• 经典扰动式MPPT环，快速准确找到MPPT点

• 保护功能齐全：输出过流，输入反激过流保护，反激输出电压过压保护等

极海APM32E103微型光伏逆变器方案

方案简介：

极海推出的微型光伏逆变器应用方案，主控采用APM32E103系列MCU，工作主频120MHz，Flash 512KB、SRAM 128KB，适用于0-500W、18V~36V太阳光伏板，该方案可提供高性能处理技术，简化设计，帮助电网实现稳健性与可靠性。

方案优势：

● 支持电源管理、Boost逆变升压、AC220V输出控制

● 最大输入功率500W，最大瞬间输出功率1000W

● 支持过温保护/欠压保护、输出过载/过流保护、输出短路保护等

● 在线升级、手机APP监控等功能

典型应用

可广泛应用于安防设备、电梯控制、工业电机、便携医疗、汽车仪表、太阳能储能等领域。

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