并網光伏逆變器隔離的集成

市場上主要有兩類PV逆變器，即無變壓器逆變器和變壓器隔離逆變器。無變壓器逆變器可能會受到大接地漏電流和注入的直流的影響，因為PV電池板與交流網之間存在很大的電池板電容而且缺少隔離，如圖1(a)所示。如果有直流組分注入電網中的交流電流中，這種情況是應該避免的，因為結果可能導致配電變壓器飽和。許多安全標準對電網中注入的直流電流量進行了嚴格的規(guī)定，有些情況下，必須對變壓器進行隔離。在電池板與電網之間采用變壓器隔離技術可以消除因電池板相對于電網的電壓差而產生的直流注入路徑，如圖1(b)所示。除直流注入以外，并網逆變器還需滿足電網的其他要求，比如總諧波失真和單諧波電流水平、功率系數以及孤網運行情況的檢測等。電網電壓和注入電網的電流必須精確監(jiān)控。如果用于執(zhí)行MPPT和柵極驅動功能的控制器位于電池板一端，則必須將這些測量值隔離開來。為了使PV電池板發(fā)揮最大效率，需采用最大功率點跟蹤(MPPT)算法。為了實現(xiàn)MPTT，還需監(jiān)控電池板電壓和電流。當人們嘗試串聯(lián)多個PV逆變器以減少所需逆變器的數量時，電池板電壓可能變得非常高。從PV電池板高邊端進行的電流測量也需要隔離。除了隔離電流和電壓測量以外，還需要RS-485、RS-232和CAN等接口功能。RS-485或RS-232一般用于面向這些PV逆變器的通信，以獲得實時的性能數據，而通信總線則需要進行隔離，因為總線需要傳輸較長的距離，同時也是出于安全考慮。對于通信距離較短時，也可使用隔離CAN。這些收發(fā)器也需要把隔離電源從電池板一端抽取至總線一端。

傳統(tǒng)上，隔離是由光耦合器實現(xiàn)的。然而，光耦合器的電流傳輸功能會隨著時間而下降，可能幾年后就無法運行，遠遠低于許多太陽能電池板提供的20年壽命擔保。這里，我們建議使用基于微變壓器的信號和電源隔離法，這種方法可以滿足PV逆變器中存在的多種集成需求。這種方法不但可以克服光耦合器的性能下降缺陷，而且允許集成ADC之類的檢測功能或者RS-485或RS-232收發(fā)器之類的接口功能。另外，該方法可以提供隔離電源用以驅動這些檢測IC、隔離收發(fā)器或者隔離柵極驅動器?；诠怦詈掀鞯臇艠O驅動器則耗電量大，時序特性也非常不穩(wěn)定。基于微變壓器的柵極驅動器不但功耗更低，而且可以具有匹配性更好的柵極驅動器時序特性，可以顯著提高系統(tǒng)的總功率轉換效率。隔離的信號和電源集成也可大幅減少元件數量，從而降低系統(tǒng)成本、提高可靠性。