1.高功率光伏逆變器拓撲結構及控制技術
光伏逆變器發展的一個重要趨勢是功率更高，現在，峰值發電量超過100kW的太陽能光伏發電廠越來越普遍，而較小規模的發電系統也存在這種趨勢：平均功率從5kW提高到10kW。升壓＋H-橋拓撲如圖1所示，是光伏逆變器極為常用的拓撲之一，是一種兩級非隔離拓撲。其第一級是升壓級，用于把模塊的可變輸出電壓(例如100V～500V)升高到更大的中間電壓，后者必須大于實際峰值電壓(如230V，或>325V)。該升壓級還有一個重要作用，就是為了實現效率最大化，太陽能電池模塊必須產生盡可能大的功率，而太陽能電池組件的功率曲線可通過輸出電流乘以輸出電壓數值獲得。功率特性中有一個最大點，被稱為“最大功率點”或MPP，而這精確位置會隨著模塊的類型、溫度和日照陰影等因素而變化。

利用名為“最大功率點跟蹤”或MPPT的軟件技術，輔以定制化算法，逆變器的輸入級便可跟蹤這個最大功率點。逆變器的第二級把恒定的中間電壓轉換為50Hz的交流電壓，再饋入供電網。這個輸出與供電網的相位及頻率同步。這一級由于與供電網連接，即便在故障狀態下也必須達到一定的安全標準。除此之外，還有一個與低壓指令(Low Voltage Directive)相關的VDE0126-1-1新草案，該提案要求光伏逆變器在電能質量下降的情況下也應有源支持主供電網，以盡量降低更具普遍性的停電風險。在現有法規限制之下，是可以設計一個在停電時能夠實時關斷逆變器，以實現自我保護。不過當光伏逆變器變得普及并在總發電量中占有可觀的份額時，如果一遇上停電便直接關斷連接的光伏逆變器的話，是可能造成更大規模的主電網停電的，因為逆變器便會一個接一個關斷，并迅速減少電網中的電能。因此，新的指令草案旨在提高主干配電網的穩定性和電能質量，而代價僅是使逆變器的輸出級稍微復雜一點。

光伏逆變器必須可靠，以盡量減小維護和停機檢修的成本。這些逆變器還必須具有高效，以盡量增大發電量。為此，在光伏逆變器設計中還需付出相當的努力，以盡可能地提高效率。

有很多方法能夠提高升壓逆變器的效率，由于升壓逆變器可在連續傳導模式或邊界傳導模式(CCM或BCM)下 工作，這就衍生出不同的優化方案。在CCM模式中，損耗的一大主因是升壓二極管的反向恢復電流；在這種情況下，一般使用碳化硅二極管或飛兆半導體的Stealth二極管來解決。光伏逆變器常采用的是BCM模式，盡管對這類功率級通常應選擇CCM模式，但采用BCM模式的原因在于BCM模式中二極管的正向電壓要低得多。而且，BCM模式也具有高的EMI濾波器和升壓電感紋波電流。這時，良好的高頻電感設計是一解決方案。

采用兩個交錯式升壓級來取代一個升壓級是一種新方法，這樣一來，流經每個電感和每個開關的電流便能夠減半。另外，采用交錯式技術，一級上的紋波電流可抵償另一級的紋波電流，因而可在很寬工作輸入范圍上去除輸入紋波電流，如FAN9612交錯式BCMPFC一類的控制完全能夠輕松滿足光伏逆變器升壓級的要求。

逆變器中的升壓開關有兩個選擇：IGBT或MOSFET。對于需要600V以上額定開關電壓的輸入級，常會采用1200V的IGBT快速開關，如FGL40N120AND。對于額定電壓只需600V/650V的輸入級，則選用MOSFET。

輸出H-橋級的設計都采用600V/650V的MOSFET，但因為新的草案規范要求輸出級以四象限工作， MOSFET雖然內置有體二極管，但相比IGBT中采用的組合封裝二極管，其開關性能很差。新型的場截止IGBT能夠以10V/ns的速度轉換電壓，較之以往的產品導通損耗大大改善。這種集成式二極管具有出色的軟恢復性能，有助于降低500A/μs以上的高di/dt造成的EMI。對于16kHz～25kHz開關，應采用IGBT，例如飛兆半導體的FGH60N60UFD。

2.寬輸入電壓范圍光伏逆變器拓撲結構及特點

光伏逆變器設計的另一個趨勢是擴大輸入電壓范圍，這會導致相同功率級下輸入電流的減小，或相同輸入電流下功率級的提高。輸入電壓比較高時，需要使用額定電壓更高(1200V范圍內)的IGBT，從而產生更大的損耗。解決這一問題的一個方法是采用三電平逆變器，如圖2所示。

采用兩個串聯的電解電容可把高輸入電壓一分為二，將中間點與零線(neutralline)連接，這時就可以再采用600V開關。三電平逆變器可在三個電平間進行轉換：+Vbus、0V和–Vbus。此方案除了比1200V開關結構的解決方案更有效之外，三電平逆變器還有一個優勢，就是輸出電感大為減小。三電平逆變器主要有兩個顯著特點：

①由多個電平臺階合成的輸出電壓正弦波形，在相同開關頻率條件下，與傳統二電平逆變器相比，諧波含量大大減少，改善了輸出電壓波形；

②開關管的電壓額定值只為直流母線上電壓的一半，使低壓開關器件可以應用于高壓變換器中。

但是，三電平逆變器的缺點是控制策略較復雜和出現中點電壓不平衡的問題，其中，中點電壓不平衡是三電平逆變器的一個致命弱點。顯然，若逆變器直流母線上并聯兩電容的中點電壓在運行時不穩定，它將引起輸出的三電平電壓變化，不僅使輸出電壓波形畸變，諧波增加，而且使三相輸出電流不對稱，失去三電平逆變器的優勢。然而，對于中點電壓不平衡問題，目前尚未有根本的解決方法。其中有代表性的方法一是利用改進硬件電路實現中點電壓平衡的方法；二是通過改變開關時序或控制矢量電壓持續時間的方法實現電壓平衡。但都存在電路復雜、控制效果不理想的問題。