什么是新型單級Buck-Boost逆變器？你知道嗎？

隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如單級Buck-Boost逆變器。

近些年來我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，2018光伏裝機量超過43GW。逆變器作為光伏系統(tǒng)的高度智能單元，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備。在當(dāng)今科技高速發(fā)展的浪潮下，各行業(yè)以極快的速度更新迭代。當(dāng)下的組串式光伏逆變器不僅功能更強大、智能化程度更高且單機功率也是持續(xù)的突破上限。近期國內(nèi)不少光伏項目70/80kW及更大功率的組串式逆變器漸漸成為主流。同樣在中高壓并網(wǎng)的光伏電站中，組串式逆變器也有逐步替代集中型逆變器的趨勢。

逆變器又稱電源調(diào)整器，根據(jù)逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的用途可分為獨立型電源用和并網(wǎng)用二種。根據(jù)波形調(diào)制方式又可分為方波逆變器、階梯波逆變器、正弦波逆變器和組合式三相逆變器。對于用于并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器，根據(jù)有無變壓器又可分為變壓器型逆變器和無變變壓器型逆變器。逆變指將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程，逆變電路指可完成逆變功能的電路，逆變器指可實現(xiàn)逆變功能的裝置設(shè)備。光伏逆變器(又稱為電源調(diào)整器)，是逆變器的一種，該類逆變器常用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中，故將其名曰“光伏逆變器”。光伏逆變器除直交流變換功能外，還具有自動運行、停機功能和最大功率跟蹤控制功能。

逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力。一般由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成。升壓回路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓;逆變橋式回路則把升壓后的直流電壓等價地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由晶體管等開關(guān)元件構(gòu)成，通過有規(guī)則地讓開關(guān)元件重復(fù)開-關(guān)(ON-OFF)，使直流輸入變成交流輸出。當(dāng)然，這樣單純地由開和關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻脈寬調(diào)制(SPWM)，使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動作，這樣形成一個脈沖波列(擬正弦波)。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。

光伏逆變器跟一般逆變器的區(qū)別體現(xiàn)在其具備最大功率點跟蹤(MPPT)功能與針對電網(wǎng)安全的低電壓穿越能力。而分布式光伏逆變器是光伏逆變器在應(yīng)用形式上的一個類別，目前廣泛應(yīng)用在光伏扶貧以及家庭光伏中。分布式光伏發(fā)電包括并網(wǎng)型、離網(wǎng)型及多能互補微網(wǎng)等應(yīng)用形式，并網(wǎng)型多應(yīng)用于用戶附近，自發(fā)自用;離網(wǎng)型多應(yīng)用于邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島地區(qū)，利用自身的發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)直接向負(fù)荷供電;與其它發(fā)電方式組成多能互補微電系統(tǒng)，如水、風(fēng)、光等，既可以作為微電網(wǎng)獨立運行，也可以并入電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行。憑借良好和穩(wěn)定的性能，贏得多方用戶的青睞。

降低度電成本、提質(zhì)增效、多行業(yè)融合是現(xiàn)代光伏行業(yè)的發(fā)展趨勢，這對包括光伏逆變器在內(nèi)的光伏產(chǎn)品性能提出更高要求。逆變器雖然在初始投資方面占比小，但作為連接電網(wǎng)和光伏發(fā)電單元的橋梁，其作用不可小視。逆變器是光伏電站的核心設(shè)備，通過電力電子逆變技術(shù)，將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為可并入電網(wǎng)的交流電。在光伏逆變器領(lǐng)域，組串式、集中式、集散式三大主流技術(shù)各領(lǐng)風(fēng)騷。

根據(jù)BNEF數(shù)據(jù)，2019年底累計光伏裝機容量超過風(fēng)電裝機，成為僅次于煤炭、天然氣、水電的全球第四大發(fā)電來源。2013-2019年間，全球新增光伏裝機量的復(fù)合增長率達(dá)到20%中國、歐洲、美國等光伏主要市場每年新增裝機量維持在較高水平，此外印度、澳大利亞等新興市場崛起，光伏新增裝機量GW級市場增多，至2018年已達(dá)13個(2007年出現(xiàn)第一個)，并呈持續(xù)增加之勢。每年新增光伏裝機量的增長帶動光伏逆變器的需求快速增加。光伏逆變器量2019年達(dá)到127GW，2013-2019年間復(fù)合增速為22%，除新增光伏裝機需求外，未來幾年逆變器替換需求市場有望持續(xù)增長。由于逆變器中IGBT等電子元器件使用年限一般10-15年，在組件25年的運營周期中，至少需要更換一次逆變器，據(jù)IHSMarkit測算，2020年全球光伏逆變器的更替需求約為8.7GW，同比增長近40%。

燕山大學(xué)提出一種新型無電解電容單級Buck-Boost逆變器。該逆變器具有升降壓能力，不僅電路本身不含電解電容，而且其抵抗輸入側(cè)低頻脈動的能力強，有利于減小輸入側(cè)濾波電容值，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)無電解電容化。該逆變器具有成本低、使用壽命長、可靠性高、短路及斷路保護(hù)簡單等優(yōu)點，符合中小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求。

逆變器作為光伏發(fā)電的重要組成部分，主要的作用是將光伏組件發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變成交流電。目前，市面上常見的逆變器主要分為集中式逆變器與組串式逆變器，還有新潮的集散式逆變器。

由于傳統(tǒng)方案的不足，越來越多的學(xué)者開始研究單級非隔離結(jié)構(gòu)的逆變器。與傳統(tǒng)方案相比，單級非隔離升降壓型逆變器有諸多優(yōu)點：無需變壓器、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、所需元件少;相比多級式拓?fù)淦渲挥幸粋€能量環(huán)節(jié)，因此在效率方面具有優(yōu)勢。但是目前已經(jīng)提出的單級升降壓型逆變器大多沒有解決濾波器尺寸大的問題。有學(xué)者提出了Z源逆變器，Z源逆變器通過將無源儲能元件組成的無源網(wǎng)絡(luò)加入橋式結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)升降壓逆變，但Z源逆變器中無源網(wǎng)絡(luò)所需的電感和電容值較大，且其升壓能力較弱，盡管可以通過改變無源網(wǎng)絡(luò)使升壓能力得到提高，但是改變后的無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件參數(shù)設(shè)計也變得困難。

組串式出貨占比仍將提升逆變器市場多數(shù)玩家兼營集中式和組串式，全球化布局明顯目前PowerElectronics、上能電氣產(chǎn)品以集中式逆變器為主，Enphase以微型逆變器為主，華為、SolarEdge、錦浪、固德威均以組串式逆變器為主，但華為產(chǎn)品主要為大組串，面向大型地面電站和工商業(yè)光伏系統(tǒng)，而后三者面向戶用市場。陽光、SMA產(chǎn)品線齊全，兼有集中式和組串式逆變器業(yè)務(wù)。市場中多數(shù)企業(yè)均致力于全球化布局，銷售區(qū)域涵蓋歐美等傳統(tǒng)市場，及澳大利亞、印度等新興市場。

在研究設(shè)計過程中，一定會有這樣或著那樣的問題，這就需要我們的科研工作者在設(shè)計過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，這樣才能促進(jìn)產(chǎn)品的不斷革新。