项目八 拓展项目

拓展项目本项目将介绍几种新型的电力电子器件以及光伏发电中的电力电子技术2个任务。*任务一认识新型电力电子器件一、任务描述与目标 高功率晶体管和功率MOSFET问世，功率器件打开了高频应用的大门。绝缘门极晶体管IGBT问世，它综合了功率MOSFET和绝缘门极晶体管IGBT两者的功能。它的迅速发展，又激励人们对综合功率MOSFET和晶闸管两者功能的新型功率器件——MOSFET门控晶闸管的研究。因此，当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的性能改进、MOS门控晶闸管以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。任务一认识新型电力电子器件本次任务介绍集成门极换流晶闸管IGCT、MOS控制晶闸管MCT和发射极关断晶闸管ETO，任务目标如下。 了解电力电子器件的发展趋势。 熟悉IGCT、MTO和ETO器件。 培养信息收集与检索、自我学习的能力。任务一认识新型电力电子器件二、相关知识 （一）集成门极换流晶闸管（IGCT）集成门极换流晶闸管（IntegratedGateCommutatedThyristor，IGCT）是一种新型电力电子器件。它是将GCT芯片与门极驱动器在外围以低电感方式集成在一起，综合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点，在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低等特点，而且成本低、成品率高，具有很好的应用前景。任务一认识新型电力电子器件IGCT不需要吸收电路，可以像晶闸管一样导通，像IGBT一样关断，并且具有最低的功率损耗。IGCT在使用时只需将它连接到一个20V的电源和一根光纤就可以控制它的开通和关断。由于IGCT结构设计上采用了新技术，使得IGCT的开通损耗可以忽略不计，再加上它的低导通损耗，使得它可以在以往大功率半导体器件所无法满足的高频率下运行。其实物如下图所示。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件1．IGCT的结构和工作原理（1）IGCT结构。IGCT是GCT和集成门极驱动电路的合称，两者之间通过极低的阻抗连接而成。IGCT内部由几千个小GCT元件组成，它们之间公用一个阳极，而阴极和门极则分别并联在一起，其目的就是利用门极实现器件的关断。GCT是在GTO的结构上引入缓冲层、透明阳极和集成快速续流二极管结构形成的。因此GCT与GTO类似是PNPN四层，以及阳极、阴极和门极的三端器件。其结构和图形符号如下图所示。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件按照GCT器件内部结构，IGCT可以分为3类。①不对称型：半导体芯片在结构上是单纯的PNPN晶闸管结构，不具有承受反向电压的能力，也不能流过反向电流。在电压源变流器运行时，需要从外部并联续流二极管。②反向阻断型：GCT在结构上是一个PNPN晶闸管与一个二极管的串联，电流只能一个方向（从阳极到阴极）流通，串联的二极管为这类器件提供了承受反向电压的能力，用于电流源型变流器。任务一认识新型电力电子器件③反向导通型：半导体芯片在结构上是一个PNPN晶闸管与一个续流二极管的反向并联，电流可以两个方向上流动不会承受反向电压，用于电压源型变流器。由于GCT与续流二极管集成在同一个芯片上，不需要从外部并联续流二极管，在结构上更加简洁，体积更小。任务一认识新型电力电子器件（2）IGCT的工作原理。当IGCT工作在导通状态时，是一个像晶闸管一样的正反馈开关，其特点是携带电流能力强和通态压降低。在关断状态下，IGCT门-阴极间的PN结提前进入反向偏置，并有效地退出工作，整个器件呈晶体管方式工作，该器件在这两种状态下的等效电路如下图所示。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件IGCT关断时，通过打开一个与阴极串联的开关(通常是MOSFET)，使P基极N发射极反偏，从而迅速阻止阴极注入，将整体的阳极电流强制转化成门极电流(通常在lμs内)，这样便把GTO转化成为一个无接触基区的PNP晶体管，消除了阴极发射极子收缩效应。这样，它的最大关断电流比传统GTO的额定电流高出许多。任务一认识新型电力电子器件2．IGCT的特性参数（1）阻断参数。①正向断态重复峰值电压UDRM：IGCT在阻断状态能承受的最大正向重复电压(门极加-2V以上反向电压)②反向断态重复峰值电压URRM：IGCT在阻断状态能承受的最大反向重复电压。对所有的不对称型IGCT，这个值在17V的范围内。任务一认识新型电力电子器件③断态重复峰值电流IDRM：IGCT在重复峰值电压下的最大正向漏电流(门极加-2V以上反向电压)。④直流环节中间电压UDClink：在海平面、露天、环境宇宙射线情况下，100FIT失效率时，IGCT能够长久承受的直流电压(IFIT=100小时出现一次)。任务一认识新型电力电子器件（2）通态参数。①最大通态平均电流IT（AV）M：正弦半波电流，壳温85℃，IGCT所能允许的最大平均电流。②最大通态电流有效值ITRMS：正弦半波电流，壳温85℃，IGCT所允许的最大电流有效值。③最大不重复浪涌电流峰值ITSM：此值的大小与浪涌电流的持续时间有关。④通态电压UT：规定通态电流和最大结温下，测得的IGCT通态管压降。通态电压值越小，意味着关断损耗越大，反之成立。任务一认识新型电力电子器件（二）MOS控制晶闸管（MCT）MOS控制晶闸管（MOS-ControlledThyristor，MCT）是一种新型MOSFET与晶闸管符合而成的器件。它采用集成电路工艺，在普通晶闸管结构中制作大量MOS器件，通过MOS器件的通断来控制晶闸管的导通与关断。MCT既具有功率MOSFET输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快的特性，又具有晶闸管高电压、大电路、低压降的优点。任务一认识新型电力电子器件1．MCT的结构和工作原理（1）MCT的结构。MCT可分为P型或N型，对称或不对称关断，单端或双端关断FET门极控制和不同的导通选择（包括光控导通）。所有这些类型都有一个共同特点，即通过关断FET使一个或两个晶闸管的发射极-基极结短路来完成MCT的关断。这里以P型不对称关断MOS门极的MCT为例进行说明。MCT的内部结构、等效电路和电气符号如下图所示。该等效电路与一般的晶闸管双晶体管模型基本相同，只是加入了导通FET和关断FET。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件MCT在晶闸管中采用集成电路工艺集成了一对MOSFET（ON-FET和OFF-FET）来控制晶闸管的导通与关断，两组MOSFET的栅极连在一起，构成MCT的单门极。MCT的等效电路和图形符号如上图所示。任务一认识新型电力电子器件（2）MCT工作原理。MCT和晶闸管一样有3个极，阳极A、阴极K和门极G，但门极控制原理却不同。晶闸管是电流控制器件，而MCT是电压控制器件。晶闸管的控制信号加在门极和阴极两端，而MCT控制信号是加在门极与阳极两端。任务一认识新型电力电子器件P-MCT的开通和关断过程如下。①当MCT门极相对于阳极加-5~-15V的负脉冲电压时，ON-FET导通，它的漏极电流使NPN晶体管导通，NPN晶体管的集电极电流（空穴）使PNP晶体管导通，而PNP晶体管的集电极电流（电子）又促使了NPN晶体管的导通，这样的正反馈，使MCT迅速由截止转入导通，并处于擎住状态。任务一认识新型电力电子器件②当MCT门极相对于阳极施加10V左右正脉冲电压时，OFF-FET导通，它的漏极电流使NPN晶体管导通，PNP晶体管的基极-发射极被短路，使PNP晶体管截止，从而破坏了晶体管的擎住条件，使MCT关断。任务一认识新型电力电子器件2．MCT的主要参数（1）断态峰值电压UDRM：指MCT断态下允许的最高A-K极间正向电压，又称击穿电压。（2）正向阻断电压额定值UDR：指MCT可以在断态下安全工作的电压，又称最大允许关断电压，UDR=0.6UDRM。（3）阴极连续电流IK：在某一结温下，器件允许连续通过的电流。（4）阴极非重复峰值电流IKSM：通态下所允许流过器件的最大电流，一般IKSM≥IK，说明MCT瞬时过载能力很强。任务一认识新型电力电子器件（三）发射极关断晶闸管（ETO）发射极关断晶闸管（EmitterTurn-offThyristor，ETO），是美国乔治亚技术学院电力电子系统中心2003年研制的，是世界上容量最大的MOS控制型电力电子器件，它可看成是GTO的改良版，由GTO和MOSFET混合而成，因此既秉承了GTO的大功率特性，也改善了其开关能力和控制特性，是满足高性能电能变换技术要求的新型大功率电力电子器件。通过特殊结构实现的单位增益关断技术大大改善了ETO的关断特性，提高了工作频率，增大了安全工作范围，同时使它更易于串并联使用，在不久的将来，ETO有望取代晶闸管和GTO成为大功率电力电子应用领域中的主流器件。任务一认识新型电力电子器件1．ETO的结构及工作原理ETO的结构原理图和电气符号如下图所示，它通过一对MOSFET来控制GTO的通断，其中VQE充当发射极开关与GTO串联，VQG充当门极开关与GTO门极相连。开启ETO时，先使VQE导通，VQG关断，同时向GTO的门极注入电流，ETO即导通。由于GTO的存在，通常的开启电流对于ETO仍然是必要的。导通需要的能量由ETO门极驱动器提供。在ETO的导通状态下一般要向GTO的门极提供一个小的直流电流信号，以确保GTO保持较低的通态损耗。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件关断ETO时，导通VQG，关断VQE，切断GTO的阴极电流，GTO阴极电流被强迫全部转换到门极电路而关断ETO，这一过程持续时间非常短，因此关断速度很快。另外与GTO关断不同的是，ETO的关断过程是电压控制型，其关断能量由阳极电流提供，因此ETO的门极驱动电路可做得很紧凑，并且消耗功率也很小。任务一认识新型电力电子器件2．ETO的主要工作特性ETO优良的特性主要来自其采用独特的硬驱动技术。在ETO中硬驱动是由VQE和VQG共同完成的，在硬驱动关断条件下，VQE关断，VQG导通，GTO的阴极电流在阳极电压上升之前几乎瞬间全部换流到门极，这样GTO的发射结在关断过程中就会全部反偏，加速ETO均匀关断。因为硬驱动关断中门极电流与阳极电流相等，因此该过程也称为单位增益关断。在这种单位增益关断条件下，ETO的关断过程实际上变为一个PNP晶体管导通的过程，它可进一步确保在整个关断的暂态过程中电流在GTO元中均匀分布，而不至于发生拥挤现象，因此可实现ETO无缓冲关断，其无缓冲关断过程波形如下图所示，其中Ua和Ia分别为阳极电压和阳极电流波形。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件另外，在硬驱动关断条件下，关断时间大大缩短，关断电流在GTO元中分配均匀。因此，虽然单个GTO元的电流限制不变，但总电流却大大增加，因而采用硬驱动技术的ETO比普通GTO具有更宽的反向偏置安全工作区（RBSOA）。任务一认识新型电力电子器件由于硬驱动GTO能通过很大的门极电流迅速移除电荷，所以大大提高了ETO的工作速度，其速度可达GTO的5~10倍。对于关断过程，存储时间只有1μs，而典型GTO的存储时间是20μs左右，加上电流下降时间缩短为只有0.5μs左右，因此ETO总的最小关断时间可低于20μs，而典型GTO的最小关断时间大约是80μs。另外，因为降低了ETO门极的杂散电感，注入的开通电流脉冲可以更高、更快，这样可进一步加速开通过程。型号为ETO1045S的1kV的ETO开通时间小于20μs。假设开关最小和最大占空比分别为10%、90%，则该ETO的最大开关频率可达5kHz。任务一认识新型电力电子器件由于MOSFET是典型的电压控制型器件，而ETO的关断是由MOSFET控制的，因此关断ETO就像关断IGBT一样容易，只需要一个电压信号就可关断数千安培的电流。但是ETO的导通仍然属于电流型控制，同时需要一个额外的作驱动用的独立电源，不过ETO驱动电源需要的功率远低于GTO，也小于IGCT，因此应用很少，并且为了使设备更紧凑、方便用户使用，开发者还把ETO与其驱动板集成在一起，并提供板内独立电源和光纤接口，用户只需提供控制信号。任务一认识新型电力电子器件除改善RBSOA、速度和驱动控制外，ETO还有正向电流饱和能力，或称具有正向安全工作区(FBSOA)，FBSOA是由VQE产生的。假设ETO的门极开关VQG发挥着齐纳二极管的作用，它的等效开启电压是UZ，在正常导通方式下，作用于发射极开关UQE上的电压通常小于(UZ-UJ1)，其中UJ1是GTO发射结的正向电压降。一旦电压达到(UZ-UJ1)，一部分GTO电流将流向门极通道。因为电流从门极流出会产生关断ETO的趋势，因此ETO的电流传导能力下降，电压降增加，这个过程将一直持续到阳极电流不再随ETO电压的增加而增加为止。任务一认识新型电力电子器件ETO的正向电流饱和能力(FBSOA)的存在是超过GTO的一个显著优势，IGBT也同样具有FBSOA。正向电流饱和能力(FBSOA)在应用中有以下两大优点：一是在器件开启期间，动态的di/dt被门极驱动电路所控制，在大功率系统中会终将消除di/dt缓冲器；二是FBSOA器件具有重要的自电流限制和短路保护能力。任务二光伏发电中的电力电子技术一、任务描述与目标 随着石化能源的日益枯竭及其转换过程给环境带来的污染和温室效应等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，寻找可再生清洁能源已成为人类越来越紧迫的课题。太阳能显然是符合这一要求的能源之一，即是取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能光伏发电是将太阳光辐射能直接转换为电能的方法，即太阳光辐射能经电池转换为电能，再经过能量存储、控制和能量变换，转换为便于人们使用的直流或交流电能。光伏发电已逐渐成为人们利用太阳能的主要手段之一，可以说从太阳能电池产生电势开始，直到大家能使用这一电能为止，整个过程就是运用电力电子技术对电能进行变换、处理的过程。因此，光伏发电是电力电子学与能源科学的一个结合点，是有待电力电子学开拓的新的应用领域。任务二光伏发电中的电力电子技术本节介绍的光伏直流变换电路、光伏逆变电路就是电力电子技术在光伏发电中的典型应用，任务目标如下。 了解光伏发电的基本概念及基本原理。 熟悉光伏发电的主要用途。 了解光伏发电中的电力电子技术。任务二光伏发电中的电力电子技术二、相关知识 （一）光伏发电概述1．光伏发电概念及原理光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。任务二光伏发电中的电力电子技术光伏发电的基本原理是利用光射入半导体时所引起的光电效应。光伏电池的基本特性和二极管类似，可以用简单的PN结来说明，当具有适当能量的光照射半导体时，光与构成半导体的材料相互作用产生电子和空穴，如半导体中存在PN结，则电子向N型半导体扩散，空穴向P型半导体扩散，并分别聚集于两个电极部分，即负电荷和正电荷聚集于两端，如用导线连接这两个电极，就有电荷流动产生电能，这就是光生伏特效应，简称光伏效应。任务二光伏发电中的电力电子技术2．光伏发电的主要用途光伏发电，理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。多晶硅电池效率在16%～17%左右，单晶硅电池的效率在18%～20%。光伏组件是由一个或多个太阳能电池片组成。任务二光伏发电中的电力电子技术光伏发电产品主要用于三大方面：一是可为无电场提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。到2009年，中国并网发电还未开始全面推广，不过，2008年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。任务二光伏发电中的电力电子技术3．我国光伏发电的历史、现状及发展趋势中国太阳电池的研究始于1958年，1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池开始在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳电池。20世纪90年代中期后光伏发电进入稳步发展时期，太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，21世纪初迎来了快速发展的新阶段。任务二光伏发电中的电力电子技术中国的光伏产业的发展有2次跳跃，第一次是在20世纪80年代末，中国的改革开放正处于蓬勃发展时期，国内先后引进了多条太阳电池生产线，使中国的太阳电池生产能力由原来的3个小厂的几百千瓦一下子上升到6个厂的4.5兆瓦，引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家发改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程均采用了宇翔太阳能光伏发电技术。在这些 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。任务二光伏发电中的电力电子技术到2007年年底，中国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW），从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦（2900MW），太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为中国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是中国太阳能光伏产业快速发展的一年，受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮，但也存在诸如投资盲目、恶性竞争、创新不足等问题。任务二光伏发电中的电力电子技术2009年6月，由中广核能源开发有限责任公司、江苏百世德太阳能高科技有限公司和比利时Enfinity公司组建的联合体以1.0928元/度的价格，竞标成功我国首个光伏发电示范项目——甘肃敦煌10兆瓦并网光伏发电场项目，1.09元/千瓦时电价的落定，标志着该上网电价不仅将成为国内后续并网光伏电站的重要基准参考价，同时亦是国内光伏发电补贴政策出台、国家大规模推广并网光伏发电的重要依据。任务二光伏发电中的电力电子技术在今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1 300亿千瓦时，相当于30多个大型煤电厂发电量。国家未来三年将投资200亿补贴光伏业，中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长，并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。任务二光伏发电中的电力电子技术（二）光伏发电中的电力电子技术太阳能光伏电池所发出的电能是随太阳光辐照度、环境温度、负载等变化而变化的不稳定直流电，还不能满足用电负载对电源品质要求，因此需要应用电力电子技术对其进行直流-直流（DC-DC）或直流-交流（DC-AC）变换，以获得稳定的高品质直流电或交流电供给负载或电网。任务二光伏发电中的电力电子技术1．典型光伏发电系统的基本结构光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。任务二光伏发电中的电力电子技术独立光伏发电也叫离网光伏发电，结构如图（a）所示，主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，如图（b）所示，可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。任务二光伏发电中的电力电子技术带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑；不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站，一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，还没有太大发展。而分散式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。任务二光伏发电中的电力电子技术2．光伏直流变换电路光伏直流变换电路的主要功能是：实现“最大功率点跟踪(M ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt )”，即：随着天气(辐照度、温度)变化，实时调整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大功率输出点处，降低负载失配功率损失。光伏电池是一种输出特性迥异于常规电源的直流电源，对电压接受型负载(如蓄电池)、电流接受型(如永磁直流电动机)、纯阻性负载3种不同类型的负载，其匹配特性也迥然相异。任务二光伏发电中的电力电子技术光伏直流变换电路主要有脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)两种方法，其中PWM为常用控制方法。光伏直流变换器主电路分直接变换和间接变换两大类，直接变换有Buck（降压）变换器、Boost（升压）变换器等，间接变换有单端正激变换器、单端反激变换器等，其中Buck变换器、Boost变换器主电路是最基本的变换器拓扑，由此可派生出多种组合结构。任务二光伏发电中的电力电子技术Buck变换器主电路如图所示，VT、VD、L、C组成降压斩波器，调节开关管VT的开通占空比可调节负载电压，以调节光伏阵列工作点。设置CS是为了保证光伏阵列输出电流连续，以免发电功率损失。该电路具有结构简单、效率高、易控制的特点。任务二光伏发电中的电力电子技术Boost变换器主电路如图所示，L、VT、VD、C组成升压斩波器。当开关管VT开通时，L储能；开关管VT关断时，L所储磁能转化成的感应电压与光伏阵列输出电压串联相加向负载供电，开关管VT的开通占空比增大时输出电压增大。适当调节占空比，可调整光伏阵列输出电压，使其处于最大功率点电压，且该电路可将光伏阵列输出电压升高。该电路结构简单、效率高、易控制，但不能进行降压变换。任务二光伏发电中的电力电子技术单端正激变换器如左图所示，在VT开通时，光伏阵列经变压器T向C、R馈电，调节占空比或T的变比，可调节输出电压，多用于小容量的降压电路，需采取磁芯复位措施。单端反激变换器如右图所示，在VT关断时，光伏阵列经变压器T向C、R馈电。它具有元件少、易实现多路输出的优点，但变压器的励磁电流仍为单向。任务二光伏发电中的电力电子技术3．光伏逆变电路“逆变”是将直流电变换为极性周期改变的交流电。离网型光伏发电系统中的逆变器多采用电压源型逆变器。随着全控型电力电子器件和脉宽调制技术的进步，采用桥式主电路、以标准正弦波作为PWM调制波的正弦脉宽调制(SPWM)技术是目前应用最广泛的电压源逆变器控制技术，为了使逆变器输出电压滤波后尽量正弦化，出现了选择性消谐波等优化的PWM技术。在此基础上，进一步出现了以控制输出电流正弦化为目标的电流瞬时值滞环跟踪PWM控制技术和针对三相桥式电压型逆变器的电压空间矢量PWM(SVPWM)技术。SVPWM具有直流电压利用率高、动态响应快、开关损耗低、输出电压波形的总谐波畸变率低等优点，在三相电压型逆变器控制中的应用日益广泛。任务二光伏发电中的电力电子技术（1）离网型光伏发电逆变电路。离网型光伏发电逆变电路一般采用电压源型逆变器，图为单相全桥电压源型逆变器结构示意图。图中Cs为直流侧滤波电路，L1、C1为交流输出滤波器，T为变压器。任务二光伏发电中的电力电子技术离网型三相光伏发电系统中的逆变器主要有两种形式：一是采用上图所示的3个单相全控桥逆变器组合(例如并联)为三相电压源逆变器，其存在元器件多、成本高、体积大的缺点；二是采用三相桥式电压源型逆变器，如图其利用3个桥臂构成的变换器取替三组单相全控桥逆变器，具有结构简单、成本低、体积小的优点，应用广泛。任务二光伏发电中的电力电子技术（2）并网型光伏发电逆变器。并网型光伏发电逆变器电路的控制目标是使逆变器输出电压幅值、频率、相位与电网一致，输出电流波形谐波小，实现向电网无扰动平滑供电。按功率级数，并网型光伏发电系统中的功率变换器有单极式、两级式两种结构，其中单极式结构简单，无DC-DC环节，光伏陈列直接经逆变器并网，但电网与光伏发电系统直流母线间无能量解耦环节，使实现MPPT、逆变、并网控制的算法复杂。任务二光伏发电中的电力电子技术按逆变器输出与电网之间是否接有隔离变压器分为隔离型和非隔离型，隔离型不仅提高了安全性，且可通过选择隔离变压器变比调节电压变换范围，增大了直流母线电压的输入范围，故可根据场地要求进行光伏阵列优化设计。图为有隔离变压器的电压型三相大功率并网逆变器的结构示意图。任务二光伏发电中的电力电子技术按控制方式分类，有电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制4种方法。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。任务二光伏发电中的电力电子技术按照逆变器与市电并联运行的输出控制可分为电压控制和电流控制。如果逆变器的输出采用电流控制，则只需控制逆变器的输出电流以跟踪市电电压，即可达到并联运行的目的。由于其控制方法相对简单，因此使用比较广泛。综合以上所述原因，光伏并网逆变器一般都采用电压源输入、电流源输出的控制方式。典型逆变电路有：单相直接逆变系统、半控桥逆变技术系统、多DC-DC（MPPT）逆变系统，如下图所示。任务二光伏发电中的电力电子技术任务二光伏发电中的电力电子技术4.光伏发电中电力电子技术的发展（1）光伏发电中的多电平逆变器。在交流大功率变换领域，常采用开关器件串/并联、多重化(功率变换装置串/并联)及多电平变换等技术以解决电力电子器件耐压与功率变换电压等级的矛盾，其中多电平变换技术已成为研究热点。传统的逆变器亦称为二电平逆变器，其在一个开关周期内逆变桥臂的相电压输出电平仅为二电平。任务二光伏发电中的电力电子技术多电平技术源于日本学者1981年提出的中点钳位型多电平逆变电路。目前，多电平逆变电路主要有二极管钳位型、电容钳位型和独立直流源级联型3种拓扑类型。光伏阵列可灵活组合，故光伏并网系统易实现3电平和级联方式并网以改善并网电流波形。为了解决阴影问题和光伏模块之间不匹配问题，一些学者提出采用二极管钳位型多电平逆变器、级联H桥型变换器实现独立控制每一个光伏模块，使其各自工作在最大功率点，从而提高系统效率，减少输出电压谐波。任务二光伏发电中的电力电子技术二极管钳位型三电平逆变器主电路如图所示。任务二光伏发电中的电力电子技术级联型五电平变换器单臂电路如图所示。任务二光伏发电中的电力电子技术（2）Z源光伏并网逆变器。目前，应用中的并网型光伏发电逆变电路拓扑以电压源型逆变器为主。电压源型、电流源型逆变器存在的共同缺点为：输出交流电压受到限制，桥臂开关器件的开关状态受限，均需加入相应死区时间。对传统逆变器直流侧的单级储能电路（并联电容或串联电感）采用如下图所示的Z源（阻抗源）储能网络替换，构成“Z源逆变器”。任务二光伏发电中的电力电子技术任务二光伏发电中的电力电子技术Z源逆变器的直流侧储能电路是由电感、电容组成的对称交叉型阻抗源网络，其结合了传统电压源型、电流源型逆变器直流侧缓冲和储能电路的特点，从而满足了逆变电路桥臂可开路和短路的条件，克服了传统逆变器的局限。因Z源逆变器可靠性高、效率高、结构简单,且具有升降压变换功能，故在光伏发电系统中应用前景广阔。*