基于IGBT光伏發(fā)電逆變電路的設計

摘要：為滿(mǎn)足高壓大容量逆變系統的要求，設計采用絕緣柵雙極晶體管IGBT組成逆變電路的光伏發(fā)電系統。通過(guò)對太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理的簡(jiǎn)單了解，比較場(chǎng)效應管MOSFET和絕緣柵雙極晶體管IGBT構成的逆變電路，針對IGBT構成的逆變電路中的重要環(huán)節分別提出改進(jìn)方案來(lái)優(yōu)化電路設計。最終既滿(mǎn)足對高壓大容量系統要求，又可以提高整個(gè)系統工作效率，使得整個(gè)系統達到最優(yōu)狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；逆變電路；絕緣柵雙極晶體管

國內外大多數光伏發(fā)電系統是采用功率場(chǎng)效應管MOSFET構成的逆變電路。然而隨著(zhù)電壓的升高，MOSFET的通態(tài)電阻也會(huì )隨著(zhù)增大，在一些高壓大容量的系統中，MOSFET會(huì )因其通態(tài)電阻過(guò)大而導致增加開(kāi)關(guān)損耗的缺點(diǎn)。相比之下，絕緣柵雙極晶體管IGBT通態(tài)電流大，正反向組態(tài)電壓比較高，通過(guò)電壓來(lái)控制導通或關(guān)斷，這些特點(diǎn)使IGBT在中、高壓容量的系統中更具優(yōu)勢，因此采用IGBT構成太陽(yáng)能光伏發(fā)電關(guān)鍵電路的開(kāi)關(guān)器件，有助于減少整個(gè)系統不必要的損耗，使其達到最佳工作狀態(tài)。

1 原理
1．1 系統結構
太陽(yáng)能光伏發(fā)電的實(shí)質(zhì)就是在太陽(yáng)光的照射下，太陽(yáng)能電池陣列(即PV組件方陣)將太陽(yáng)能轉換成電能，輸出的直流電經(jīng)由逆變器后轉變成用戶(hù)可以使用的交流電。原理圖如圖1所示。

逆變器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統中的關(guān)鍵部件，因為它是將直流電轉化為用戶(hù)可以使用的交流電的必要過(guò)程，是太陽(yáng)能和用戶(hù)之間相聯(lián)系的必經(jīng)之路。因此要研究太陽(yáng)能光伏發(fā)電的過(guò)程，就需要重點(diǎn)研究逆變電路這一部分。如圖2(a)所示，是采用功率場(chǎng)效應管MOSFET構成的比較簡(jiǎn)單的推挽式逆變電路，其變壓器的中性抽頭接于電源正極，MOSFET的一端接于電源負極，功率場(chǎng)效應管Q1，Q2交替的工作最后輸出交流電力，但該電路的缺點(diǎn)是帶感性負載的能力差，而且變壓器的效率也較低，因此應用起來(lái)有一些條件限制。采用絕緣柵雙極晶體管IGBT構成的全橋逆變電路如圖2(b)所示。其中Q1和Q2之間的相位相差180°，其輸出交流電壓的值隨Q1和Q2的輸出變化而變化。Q3和Q4同時(shí)導通構成續流回路，所以輸出電壓的波形不會(huì )受感性負載的影響，所以克服了由MOSFET構成的推挽式逆變電路的缺點(diǎn)，因此采用IGBT構成的全橋式逆變電路的應用較為廣泛一些。