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　　1 背景

　　當前，“碳中和”已成為全球可持續發展的理念共識。 我國在“雙碳”戰略的指引下，近年來可再生能源實現突破式 發展，步入高質量發展新階段，其中尤其以光伏發電的增長 勢頭迅猛。2023年光伏新增裝機創下新高，根據國家能源局 數據，截至2023年12月底，全國太陽能發電累計裝機容量達 6.1億千瓦，正式超越水電，成為全國第二大能源。同時，光 伏新增裝機容量達到216.88GW，同比增長148%，也創下歷 史新高，如圖1所示。

　　2 光伏發電系統的組成

　　光伏發電系統 (Photovoltaic Generation System)， 簡稱光伏(PV)，是指利用光伏電池的光生伏特效應，將太 陽輻射能直接轉換成電能的發電系統，如圖2所示。光伏發 電系統的能量來源于取之不盡、用之不竭的太陽能，是一種 清潔、安全和可再生的能源。光伏發電過程不污染環境，不 破壞生態。一般光伏發電系統是由光伏電池、逆變器、并網 箱、支架、交直流線纜等組成。

　　而逆變器(Inverter)作為光伏發電系統中核心的電力 轉換功能模塊，它可以將光伏電池產生的直流電轉換為市電 頻率一致的交流電反饋回市電系統或供交流設備使用。光伏 逆變器的種類有并/離網型;單相和三相，根據隔離的要求分 為工頻隔離/高頻隔離/非隔離，根據功率大小又分微型逆變 器;組串式逆變器;集中式逆變器等，不同類型的逆變器電路 架構也不一樣，接下來將以組串式單相并網逆變器來做介紹。

　　3 光伏逆變器MPPT原理解析

　　太陽能光伏電池組的輸出功率受到多種因素的影響， 包括光照強度、溫度和陰影等，光伏電池組的 IV 特性曲線 顯示了在不同條件下的電流和電壓之間的關系，由于其輸 出曲線是非線性的，其中有一個特定的點稱為最大功率點 (MPP)，如圖3所示。在該點上，電池組將輸出最大的功 率，為了使光伏電池一直工作在最大功率點上我們使用了MPPT 最大功率點追蹤( Maximum Power Point Tracking) 技術。

　　MPPT 技術是光伏逆變器中提高發電效率的關鍵技術之 一。通過實時調整光伏組件的工作電壓，MPPT 技術可以使 光伏發電系統在不同的光照強度和溫度條件下始終保持在最 大功率點附近運行，從而有效地提高了發電效率。據統計， 采用 MPPT 技術的光伏逆變器相比傳統逆變器，發電效率可提高 10%。

　　那該如何來實現MPPT呢?我們可以通過對當前光伏電池 輸出電壓U與電流I 的檢測，得到當前光伏電池的輸出功率， 然后與前一時刻光伏電池的輸出功率相比，取兩者中較大的 值;在下一周期，再檢測U 、I 進行比較，取較大的值，如此循 環，便可實現 MPPT 控制了，這種控制方法也叫觀察擾動法。

　　如果光伏電池電壓高于逆變器母線要求的電壓，逆變器 將直接工作，MPPT電壓將繼續跟蹤到最大點。但達到最低母 線電壓要求后，將不能再繼續降低電壓了，如圖4所示，達不到 最大效率點，MPPT的范圍就很窄，大大地降低了發電的效率。

　　所以必須要想辦法來彌補這個缺點來提高MPPT的工作 范圍，在光伏電池低于逆變所需求的母線電壓時可以通過升 壓電路提高母線輸出電壓，系統增加了Boost電路來解決此問 題，將母線電壓固定在逆變所需的電壓，MPPT有無Boost電 路的對比如圖5所示，可以看到加入了Boost電路大大地增加 了MPPT的范圍。

　　如圖6所示，BOOST電路系統框圖，可以通過PWM技術 來控制開關管Q實現升壓，工程師朋友們知道BOOST電路占 空比D=(Vo-Vi)/Vo，其中Vo為輸出電壓，Vi為輸入電壓， 可以控制其占空比D的大小來實現輸出功率控制，輸出穩定 的母線電壓也使得DC/AC逆變輸出的電壓電流波形更加的穩定。

　　4 光伏逆變器DC/AC原理解析

　　光伏逆變器中需要將光伏電池得到的直流電裝轉換為和 電網電壓、頻率一致的交流電，為了實現這一轉換我們利用 逆變來技術實現。常見的單相光伏逆變器電路拓撲由4顆開關 管以H的方式連接，這種連接方式也叫H橋，如圖7所示，通 過SPWM(正弦脈寬調制)控制得到正弦波輸出。

　　正弦脈寬調制法(SPWM)是將每一正弦周期內的多個 脈沖作自然或規則的寬度調制，使其依次調制出相當于正弦 函數值的相位角和面積等效于正弦波的脈沖序列，形成等幅 不等寬的正弦化電流輸出。

　　SPWM又分單極性SPWM和雙極性SPWM，如圖8和圖9 所示。

　　單極性SPWM調制波的正半周期輸出是+Udc，在調制波 的負半周期輸出的是-Udc，H橋輸出端的電壓變化是從+Udc 到0，再從0到-Udc，變化幅度相對于雙極性來說縮小了一 半。調制波的正半周期內S3全程關斷，S4全程導通，此時給S1和S2輸入互補的PWM，電壓輸出0~+Udc。 調制波的負 半周期內 S1全程關斷，S2導通，此時給S3和S4輸入互補的 SPWM，電壓輸出-Udc~0。

　　雙極性SPWM調制開關管S1和S4的驅動信號相同，S2和 S3的驅動信號相同，且S1/S4的驅動信號和S2/S3的互補，電 壓變化是直接從+Udc變換到-Udc。

　　單極性SPWM和雙極性SPWM在光伏逆變器SPWM控制技術中各有其優缺點。

　　單極性SPWM的優點包括：

　　(1)單極性SPWM是一種簡單的調制方式，只需要使用 一個單極性信號就可以完成調制，因此更容易實現和調節。

　　(2)單極性SPWM可以降低電路中的干擾噪聲，同時安 裝成本更低。

　　(3)單極性SPWM下功率器件的功率損失更小，效率更高。 單極性SPWM存在的缺點：

　　(1)單極性SPWM中的脈沖源會帶來額外的負載，并且 還可能導致線圈震動，降低系統穩定性。

　　(2)單極性SPWM中輸出電壓的紋波比較大，影響電路 的穩定性。

　　(3)單極性SPWM只能實現單項變流，輸出電壓的平均 值大于0，而雙極性SPWM可以控制電壓的正負，可以實現雙 向變流，輸出電壓的平均值為0，更適用于大部分變流應用。

　　雙極性SPWM的優點包括：

　　(1)雙極性PWM調制的輸出波形更加復雜，可以通過 改變脈沖的寬度和極性來精確控制輸出電壓，因此可以更好 地逼近正弦波。

　　(2)雙極性PWM調制可以通過改變極性來減小輸出電 壓的波動，提高輸出電壓的質量。

　　(3)雙極性PWM調制可以在一定程度上提高系統的利 用率，使得輸出電壓能夠更接近于電源電壓。

　　雙極性SPWM的缺點包括：

　　(1)與單極性SPWM相比，雙極性PWM調制的控制電 路相對復雜，成本較高。

　　(2)雙極性SPWM下功率器件的功率損失更大，效率較低。

　　綜上所述，單極性SPWM和雙極性SPWM在光伏逆變器

　　SPWM控制技術中的應用各有優勢和局限，選擇哪種方式取 決于具體的應用需求和系統設計考慮。

　　5 光伏逆變器解決方案

　　系統可以采用霍爾類型的電流傳感器進行安裝，其適 用于隔離條件下的交直流、脈沖電流和任何其他波形電流的 測量，測量時一次側與二次側完全絕緣。在-40~+105℃全 溫區下具有高精度、高線性的輸出特性，系列頻率帶寬高達 200KHz，額定電流范圍10-300A。產品設計安裝方式采用 PCB插件，具有可靠的固定引腳，安裝便捷且具有良好的散熱效果，可適用于光伏匯流箱、光伏逆變器組串、光伏逆變 器逆變電路、變頻器等工業產品應用，如圖10。

　　6 總結

　　光伏逆變器是太陽能光伏發電系統中的核心設備，其主 要作用是將太陽能電池板輸出的直流電轉換為交流電，供家 庭、商業或工業使用。光伏逆變器通過復雜的構造和獨特的 工作原理，將太陽能光伏發電系統中的直流電高效地轉換為 交流電，為各種用電設備提供穩定的電力供應。隨著電力電 子技術的發展，光伏逆變器將變得更加高效、智能和可靠， 為光伏發電的廣泛應用和可持續發展提供強有力的支持。