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光伏发电技术 光伏逆变器 ★ 5.0

基于谐振变换器的中压单级太阳能光伏逆变器损耗分析

Loss Analysis of a Resonant Converter Based Medium Voltage Single Stage Solar PV Inverter

作者 Parthkumar Bhuvela · Hooman Taghavi · Adel Nasiri
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年3月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 光伏逆变器
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 光伏逆变器 高频变压器 单级设计 开关损耗 效率优化
语言:

中文摘要

在并网光伏系统中,通常使用逆变器与中压低频变压器(MV LFT)连接到电网。然而,在某些单级设计中,高频变压器(HFT)与展开式逆变器配对使用,取代了低频变压器。由于初级侧存在显著的开关损耗,这些设计在高功率中压电网中通常不太常见。本文提出了一种单级隔离式直接谐振交流中压(MV)并网太阳能光伏逆变器。该逆变器在整流器输出端产生整流后的正弦交流电流,然后由工频展开式逆变器进行展开。采用开关频率和移相调制相结合的方式来降低损耗。对每个阶段的损耗进行了分析,并提出了实现最优效率的移相角和开关频率组合。设计了一个紧凑的中压级,并验证了其性能。在MATLAB/Simulink中对该系统在单相11.3 kV电网连接下1/3兆瓦的性能进行了仿真。通过对2400Vac单相样机的实验验证了零电压开关(ZVS)条件。

English Abstract

In grid-tied PV systems, an inverter is typically used with a medium-voltage low-frequency transformer (MV LFT) to connect to the grid. However, in certain single-stage designs, high-frequency transformers (HFT) paired with an unfolder inverter replace the LFTs. These designs are usually less common in high-power medium-voltage grids because of significant switching losses on the primary side. This paper proposes a single-stage isolated direct resonant AC medium voltage (MV) grid-connected solar PV inverter. It produces rectified sinusoidal AC current at the output of the rectifier and is then unfolded by a line frequency unfolding inverter. A combination of switching frequency and phase-shift modulation is used to reduce losses. The losses at each stage are analyzed and a combination of phase-shift angle and switching frequency for optimal efficiency is proposed. A compact MV stage is designed, and performance is verified. The system performance is simulated for 1/3 MW at a single-phase 11.3 kV grid connection in MATLAB/Simulink. ZVS conditions are verified through experiments on a 2400Vac single phase prototype.
S

SunView 深度解读

该谐振变换器中压单级逆变器的损耗分析技术对阳光电源SG系列大功率光伏逆变器及PowerTitan储能系统具有重要应用价值。研究中的精确损耗建模方法可直接应用于1500V高压系统的SiC/GaN功率器件优化设计,通过量化开关损耗、磁性元件损耗及寄生参数影响,指导三电平拓扑的工作频率与调制策略优化。单级直接并网方案可简化ST系列储能变流器的拓扑结构,减少变压器体积,提升功率密度。损耗分布分析方法可集成至iSolarCloud平台的智能诊断模块,实现预测性维护。该技术为阳光电源中压并网产品突破98.8%效率瓶颈、降低系统LCOE提供理论支撑。