10 《電氣開關》(2017．No．5)
文章編號:1004 －289X(2017)05 －0010 －05
光伏逆變器的研究現狀綜述
林志鴻，李少綱
( 福州大學電氣工程與自動化學院，福建 福州 350108)
摘 要:本文根據光伏逆變器所適用的功率等級，分為集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器，并對典型拓撲
結構進行了較為全面的介紹和分析，歸納和闡述了各類逆變器的優點和不足，還對光伏逆變器未來的發展趨勢做
了展望，為進一步深入研究光伏逆變器，提供了借鑒和幫助。
關鍵詞:光伏發電;光伏逆變器;拓撲結構;研究現狀;發展趨勢
中圖分類號:TM464 文獻標識碼:B
A Ｒeview of the Current Ｒesearch Situation of Photovoltaic Inverters
LIN Zhi-hong，LI Shao-gang
( College of Electrical Engineering and Automation，Fuzhou University，Fuzhou 350108)
Abstract: The photovoltaic inverters are divided into central inverter，string inverter and micro inverter by its power
grade．Describing and analyzing the typical topology comprehensively，summarizing and explaining the advantages and
disadvantages of various types of inverters，it makes the prospect for the future development trend of PV，which provides
reference and help for the further study of photovoltaic inverter．
Key words: photovoltaic power generation;photovoltaic inverter;topology structure;research present;developing trend
又可以分為單相逆變器和三相逆變器［1］。本文根據
1 引言
光伏逆變器所適用的功率等級分為集中式逆變器、組
能源是促進社會經濟發展的重要物質基礎，在當 串式逆變器和微型逆變器，下面對典型拓撲結構的光
今世界，能源的開發和利用是全人類共同關心的問題。 伏逆變器進行介紹和分析。
目前，大量使用的能源主要是煤、石油等傳統化石能
3 光伏逆變器的拓撲結構
源，但由于其不可再生性和過快消耗所帶來嚴重的環
境問題，導致能源危機日益加劇。而可再生能源發電 3.1 集中式逆變器
將是可行的能夠替代傳統發電的發電方式，其中很重 集中式逆變器的功率范圍為100 ～1000kW，主要
要的一種發電方式便是太陽能發電。目前，光伏發電 是應用于大型并網光伏電站。大型集中式并網光伏電
主要通過并網發電，而光伏逆變器是光伏發電的關鍵 站擁有數量較多的光伏組件，這些光伏電池板首先進
設備之一，其性能的好壞能夠直接影響整個發電系統 行分組串聯，然后將串聯后的光伏組串進行并聯成為
的轉換效率和成本高低，因此應該根據不同的系統需 光伏陣列［2］，最后利用匯流箱將光伏陣列與逆變器相
求，合理選擇適用于該系統的光伏逆變器。 連，由其完成DC/AC轉換后接入電網。
目前，集中式逆變器多采用三相兩電平的拓撲結
2 光伏逆變器的分類
構［3］，主要是由直流支撐電容、三相逆變主電路和濾
光伏逆變器具有多種分類方式，根據有無變壓器 波器三個部分組成，圖1 是其并網系統的拓撲結構圖。
這一裝置，可以分為隔離型逆變器和非隔離型逆變器; 該系統中光伏陣列的輸出電壓需要直流支撐電容進行
根據系統功率轉換的級數，可以分為單級式逆變器、雙 穩定，當前最為流行使用的是薄膜電容，因為與電解電
級式逆變器和多級式逆變器;根據逆變器輸出的相數， 容相比，其介電常數和能量密度較大。三相逆變主電《電氣開關》(2017．No．5) 11
路則通過控制開關管的通斷，將直流電逆變為交流電， 差異的問題，從而滿足不同光照區域的發電需求。
并跟蹤光伏陣列的最大功率點，以保證整個系統的發 組串式逆變器通常由DC/DC升壓變換器、直流支
電效率。相對于 L 型濾波器和 LC 型濾波器而言，在 撐電容、逆變電路和濾波器等組成，圖2 是其并網系統
大容量的光伏并網系統中，LCL 型濾波器能夠更為有 的拓撲結構圖。第一級的 DC/DC 部分主要用于控制
效地抑制高頻諧波，并且所需的總電感值較小，所以集 光伏組串輸出電壓的大小，從而對光伏組串進行最大
中式逆變器多采用 LCL 型濾波器［4］。最后并網發電 功率點跟蹤。對于并聯在逆變器直流側的光伏組串，
系統可以通過變壓器接入不同電壓等級的電網，從而 組串式逆變器一般能保證1 ～2 串光伏組件擁有一路
滿足系統不同的并網電壓需求。 MPPT跟蹤電路，這樣便能使系統直流側光伏組件的
一致性和匹配性大大提高。第二級的逆變電路和濾波
器則主要是將系統的直流電轉換為交流電，同時濾除
諧波改善輸出電流的電能質量。由于 LCL 型濾波器
對高頻諧波的抑制能力強并且受并網阻抗的影響較
小，因此組串式逆變器一般也采用 LCL 型濾波器［10］。
而當光伏組串輸出電壓能夠滿足系統的并網要求時，
可以考慮省去DC/DC變換環節，從而改善逆變器的轉
圖1 集中式逆變器拓撲結構 換效率，同時節約了成本，但此時一定要在逆變電路的
集中式逆變器的主要優點有［5－6］: ( 1) 集中式逆 控制中加入MPPT的功能。
變器的集成度較高，成本較為低廉，功率密度較大，輸
出功率因數也較為穩定; ( 2) 逆變器所需元器件的數
量較少，可靠性較高，并網控制技術較為成熟，轉換效
率在98%以上; ( 3) 集中式逆變器輸出的電能質量較
高，諧波畸變率能夠控制在3%以下; ( 4) 當電網電壓
波動時，能夠在一定程度上適應其所帶來的影響。
但是，目前集中式逆變器也正在暴露出一些問題。
其主要缺點是［6－8］: ( 1) 集中式光伏并網系統沒有冗 圖2 組串式逆變器拓撲結構
余能力，如果逆變器發生故障，那么系統將停止向電網 組串式逆變器的主要優點有［10－12］: ( 1) 組串式逆
輸送電能，由于該發電系統的容量一般較大，因此造成 變器擁有多路 MPPT 跟蹤電路，可以使每個光伏組串
的損失也較大; ( 2) 集中式逆變器的維修通常是由廠 工作在最大功率點，從而減少因光伏組串間不匹配導
家的專業人員到現場才能進行，維修所需的時間又較 致的發電損失; ( 2) 組串式逆變器一般采用模塊化設
長，這使得逆變器故障后造成的發電量損失更加嚴重; 計，結構簡單、小巧輕便，無需高級技工即可完成安裝
(3) 由于各太陽能電池板之間存在模塊差異和局部陰 和調試，降低了施工工藝難度; ( 3) 光伏組串能直接連
影等問題，導致光伏陣列實際輸出呈現多峰值特性，而 接到逆變器，省去了匯流箱和直流柜，減少了直流回路
集中式逆變器只用一路MPPT對整個光伏陣列進行最 線損，也提高了系統可靠性; ( 4) 組串式逆變器的維修
大功率點跟蹤，因此發電系統很可能工作在局部最優 較為簡捷，當出現故障時，可以先讓現場的運維人員直
點，造成系統的發電量受到損失。 接更換發生故障的逆變器，之后再對故障逆變器進行
3.2 組串式逆變器 檢修，從而避免了設備故障期間的發電量損失。
組串式逆變器的功率范圍一般在3 ～50kW 之間， 當然，組串式逆變器也存在一些缺點，主要
主要是應用于大中型的分布式光伏電站［9］。組串式 有［13－14］:(1) 逆變器所需電子元器件較多，而且功率
逆變器的直流側通常是并聯若干串的光伏組件，一般 器件和信號電路在同一塊板上，這使得逆變器的設計
為3 串以上，每個光伏組串則通常由幾塊或十幾塊光 和制造難度加大，逆變器的可靠性也稍差; ( 2) 組串式
伏電池板串聯而成。而這些光伏組串的占地面積相對 光伏發電系統經過濾波器后直接并入電網，沒有經過
于集中式逆變器所并聯的光伏陣列會小很多，這使得 隔離變壓器環節，易形成共模漏電流，電氣安全性稍
組串式逆變器能夠更好地解決不同區域光照條件存在 差;(3) 由于組串式逆變器的單機容量相對較小，當應12 《電氣開關》(2017．No．5)
用于一個較為大型的光伏電站時，往往需要幾十臺甚 由于單級式微型逆變器的電路拓撲較為簡單，所
至上百臺逆變器并聯運行，而當多臺逆變器并聯運行 用功率器件的數目較少，降低了成本，而且只有 DC/
時，勢必會在系統內部產生一定的環流，而環流會導致 DC環節高頻工作，效率較高，因此高效率低成本的單
各逆變器的功率器件承受的電流應力不均衡，降低其 級式微型逆變器將更有利于分布式光伏電站的推廣。
使用壽命，也在一定程度上降低了系統的有效容量，限 單級式微型逆變器的電路拓撲結構有很多，目前針對
制了系統容量的增加，還造成了電路額外的損耗。 其研究主要是集中在反激式電路的拓撲結構上，以反
3.3 微型逆變器 激式微型逆變器的應用也最為廣泛［15］。下面簡要介
微型逆變器的功率范圍在200 ～500W之間，主要 紹一種微型逆變器，即交錯反激式微逆變器，圖5 是其
是應用于小型分布式光伏電站［9］。微型逆變器的直 拓撲結構圖。該電路拓撲屬于單級式拓撲，拓撲結構
流側只并聯一塊太陽能電池板，因此可以對每塊電池 是兩路反激變換器的輸入側與輸出側并聯，再經工頻
板進行單獨的 DC/AC 變換和 MPPT 跟蹤。這種結構 極性反轉橋和濾波器與電網相連，采用兩路反激交錯
特點使得微型逆變器能夠適用于存在陰影等光照條件 并聯提高了逆變器的功率等級，并通過交錯控制減小
復雜的地區。 其輸入側與輸出側的電流紋波。
由于單塊光伏組件的輸出電壓較低，為了使其滿
足并網要求，微型逆變器就必須對其進行升壓處理，當
前多利用高頻變壓器來進行升壓。微型逆變器的電路
拓撲有很多種，根據功率變換方式的不同，主要有單級