常见的逆变电源拓扑结构及行业的发展趋势

随着世界对于能源问题的重视，人们对绿色能源的期望越来越高，促进了可再生能源，尤其是太阳能的开发利用。以太阳能发电为基础的光伏发电系统，具有系统安全、无污染、可靠性高等诸多优点。其中的关键部件逆变电源将阵列输出的直流电流转化称为交流电，并上传至电网。

逆变电源：利用晶闸管电路把直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。例如：应用晶闸管的电力机车，当下坡时使直流电动机作为发电机制动运行，机车的位能转变成电能，反送到交流电网中去。又如运转着的直流电动机，要使它迅速制动，也可让电动机作发电机运行，把电动机的动能转变为电能，反送到电网中去。

逆变电源的原理：把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合下，同一套晶闸管变流电路既可作整流，又能作逆变。变流器工作在逆变状态时，如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。有源逆变除用于直流可逆调速系统外，还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。

常见的逆变电源拓扑结构有三种：一种是带低频变压器的逆变电源、二是带高频变压器的逆变电源、三是无变压器逆变电源。逆变电源最初的功率等级约为1kw。而发展至今，大多数的系统已经是5kw或者更高的功率等级。逆变电源的功率等级也将继续朝着更大的方向发展，同时其效率也会变得更高。

SiC、CAN、性能优异的DSp等各种新型器件和新型拓扑的应用，促使逆变电源的效率不断提高，目前逆变电源的最大效率已经达到99%，下一个目标是99.5%；中国效率已经达到A级，下一个目标是A+，A++。

2.5MW等更大功率等级的逆变电源将广泛应用，与1MW方阵相比，2.5MW的方案可降低成本约0.1元/W，即100MW的电站可降低1000万初始投资。此外，通过电缆匹配后，保证直流部分的损耗一致。

值得一提的是，1500V系统将是大型电站的发展趋势。相比1000V系统，除组件外可以节省0.2元/W的投资，相当于100MW电站可节约投资2000万。同时，系统损耗可降低约0.27%。

组串型逆变电源的功率不断加大，目前最大功率已经做到80kW，功率密度也在不断提高，重量不断降低，以适应安装维护困难的复杂应用环境。阳光电源的40kW组串式逆变电源已经做到了39kg，是目前业内最轻的40kW产品。在散热方面，阳光电源一直坚持智能风扇散热的方式，以进一步降低内部元器件的温升，提升逆变电源在高温环境下的过载能力。所采用的风扇防护等级为Ip65，寿命可以达到7万小时，同时风扇可以提供20年的质保。

组件级的产品种类越来越丰富，如以Enphase为代表的微型逆变电源，以美克能源为代表的功率优化器等。据行业研究机构GTM预计，组件级别电力电子（MLpE）设备的出货量将从2013年的1.1GW增加至2017年的5GW以上。

漏电流保护、SVG功能、LVRT、直流分量保护、绝缘阻抗检测保护、pID防护、防雷保护、pV正负反接保护等不断完善的功能，逆变电源对电网的适应能力进一步增强，不断完善的保护功能，让系统更加安全可靠。

为了得到更高的效率，采用无变压器的拓扑形式的逆变电源将逐渐称为主流。对于像美国这些规定必须采用变压器或阵列接地等标准的国家而言，以后逐步修改这些规定成为迫在眉睫需要解决的问题，以满足无变压器逆变电源市场发展的需求。所有新开发的逆变电源项目，将它们的目标寿命都会提升至至少20年，并且产品价格会逐步降低。中期研究目标是通过滤除谐波和控制无功来提高整个电网电能质量。