逆变器绝缘方式优化分析

为了防止太阳电池的直流电流流向电力系统的配电线，给电力系统造成不良影响，在逆变器中一般设有绝缘变压器，将太阳电池与电力系统之间的直流分离，而交流则通过变压器相连接，以防止逆变器故障或太阳电池组件的绝缘不良而影响电力系统。绝缘变压器可以设置在逆变器与住宅内配线之间，但这种方式很少采用，目前一般采用在逆变器的功率转换部分设置绝缘变压器，或者采用无绝缘变压器的方式。

逆变器中所使用的绝缘方式有如下三种:

(1) 低频变压器绝缘方式(工频变压器绝缘方式) (Utility Frenquency Link Type);

(2) 高频变压器绝缘方式 (High Frenquency Link Type);

(3) 无变压器绝缘方式 (Transformerless Type)。

与低频变压器绝缘方式相比，高频变压器绝缘方式具有体积小、重量轻的特点，但由于无变压器绝缘方式除了具有体积小、重量轻的特点外，还具有效率高、价格低的特点，所以无变压器绝缘方式越来越被广泛地应用。

1. 低频变压器绝缘方式 (工频变压器绝缘方式)

该电路的输入是太阳电池的直流输出，经PWM正弦波逆变器变成工频后通过工频绝缘变压器输出电压，如图6.21所示。但由于绝缘变压器的容积、重量较大，一般不用于屋顶太阳能光伏系统。

2. 高频变压器绝缘方式

高频变压器绝缘方式的电路如图6.22所示，该电路由太阳电池直流输入，经过高频逆变器转换成高频交流电压，然后经高频变压器绝缘、电压变换后，经由高频二极管构成的整流电路转换成直流电。这里使用了高频耦合DC/DC转换器。直流输出通过PWM正弦波逆变器转换成工频交流输出。

图6.21 低频变压器绝缘方式(www.xing528.com)

由于采用了高频耦合方式，所以装置小、重量轻。与低频变压器绝缘方式相比，电路构成、控制方式比较复杂，由于经过两次转换，所以系统的效率稍稍偏低，但本绝缘方式采用较多。

图6.22 高频变压器绝缘方式

3. 无变压器绝缘方式

无变压器绝缘方式的电路如图6.23所示，太阳电池的直流输出经过升压斩波器升压，然后通过PWM正弦波逆变器将直流转换成交流，最后通过波形整形滤波器进行波形整形后输出。由于不使用绝缘变压器，比较容易实现装置的小型化、轻量化，因电路简单可降低价格，串联元件减少，容易实现高效率化，因此，这种方式在逆变器中被广泛采用。

4. 无变压器绝缘方式功率控制器的课题

虽然逆变器与电力系统之间一般设有绝缘变压器，但在住宅用太阳能光伏系统中，为了使逆变器小型轻便、更加经济，现在，不带绝缘变压器的逆变器的使用范围正在不断扩大。由于省去了绝缘变压器，可以将逆变器直接安装在墙壁上而不是放在地板上，可节约空间。但是省去绝缘变压器有可能出现从太阳能光伏系统的直流侧的直流电流流向电力系统的问题以及漏电问题。

图6.23 无变压器绝缘方式

由于输出电流的直流成分可能会给系统侧设备造成影响，因此必须抑制无变压器绝缘的逆变器的直流成分的电流输出，使逆变器具有检测直流成分以及保护的功能。

当太阳电池侧的直流部分对地电位发生变动时，有可能通过太阳电池的寄生电容发生漏电的现象。这时有必要对电路的构成、控制方法等进行研究，使功率半导体元件的开关以及系统电压的商用频率成分对直流部分的对地电压不产生影响。如图6.24所示为单相3线用无绝缘变压器的逆变器电路图。在通常情况下，中性线O在系统侧接地，太阳能光伏系统发电时，中性线O与太阳电池的正极相连，使直流部分的对地电压被固定，这样可以解决漏电问题。

图6.24 单相3线用无绝缘变压器的逆变器