关键词：光伏并网系统；微型逆变器；功率解耦；寿命；可靠性；综述

       0  引言

       在全球性能源危机的影响下，寻求高效、持续、清洁的新能源成为当今国际发展的主题之一。而太阳能以其无比的优越性。成为人们解除能源危机的主要选择之一。我国太阳能资源丰富，太阳能作为传统能源的替代能源具有巨大的经济效益和战略意义。

       光伏并网发电是目前人们使用太阳能的重要方式。传统集中式光伏并网系统是由许多紧密相连的太阳能电池板组成。这些电池板首先分组串联，然后并联起来形成光伏阵列。阵列产生的直流电会流到位于电池板侧旁的集中式并网逆变器，由其逆变器完成DC/AC转换连接到电网，并找出最大功率跟踪点以优化光伏并网系统的效率。随着技术日趋成熟和不断发展，集中式光伏并网发电系统的存在的问题也逐渐引起了关注。

       (1) 可靠性：集中式光伏并网发电系统中，逆变器是整个系统中的关键环节也是薄弱环节，单台逆变器的故障可能会导致整个系统的崩溃，装置维护期间光伏阵列产生的能量便被浪费。

       (2) MPPT跟踪效率：虽然大多数集中光伏逆变器生产厂商宣称跟踪效率可以达到99%，事实上，由于其MPPT跟踪针对的是整个光伏阵列，无法兼顾到每块光伏组件。由于模块匹配、局部阴影等因素，实际光伏阵列输出呈现多峰值特性。在光照功率不均时，进行统一的最大功率跟踪，很可能能使阵列工作在局部最优点，集中式系统中通常每块光伏电池组件均接有旁路二极管，用以将处于阴影情况下的光伏电池旁路。

       (3) 系统可扩展性：集中式并网系统的连接方式决定了其系统可扩展性较差。  针对集中式并网系统存在的问题，众多学者提出了各种新型光伏并网系统，其中以串联直流模块并网系统和微型逆变器并网系统为代表的分布式并网方案是当前研究的热点。直流模块系统通过DC/DC变换器与光伏电池直接相连，跟踪每块电池的最佳工作点，而交流模块系统则是通过微型逆变器完成这一工作。两种方案均能够将MPPT做到面板级别。分布式光伏并网系统中每块面板均工作在相应的最大功率点处，光伏电池利用率高于集中式并网方式。

       直流模块仍需集中式并网逆变器，系统的可靠性仍受集中式逆变器的限制。微型逆变器并网系统可以有效解决集中式并网方案中集中式逆变器的可靠性问题对系统的影响，该方案将微型逆变器装置与光伏电池集成一体，支持热插拔，用户可根据需求安装、扩展，是针对集 中式并网系统所存在问题的最为彻底的解决方案。微型逆变器作为该方案的核心单元，是目前光伏并网装置研究的热点之一。     

       （1）功率密度：微型逆变器要求具有高的功率密度，整体电路应具备较小的体积。     

       （2） 转换效率：由于目前光伏电池能量转化效率不高，因此光伏并网设备的效率每提高1%都能够带来巨大的经济价值。     

       （3） 可靠性：集中式并网逆变器平均首次故障时间(MTFF)通常为5年，平均故障时间(MTBF)约为10年。光伏电池的寿命达20年以上，因此微型逆变器寿命设计指标必须与光伏电池相当才能体现出该方案的优势。其MTBF应大于20年，MTFF为10年以上。

       （4） 成本：交流模块系统为每块光伏面板均配置微型逆变器，这就要求微型逆变器成本较低，电路中应包含较少的器件。其控制器在能处理所有的控制、通信和计算任务，同时亦必须具有较低的价格。   

       目前对传统光伏并网系统的研究已经取得非常多的成果，在微型逆变器并网系统的设计中可借鉴采用这些成果。本文将针对不同微型逆变器主电路，进行具体的研究和分析。     

       由于单块面板输出电压较低，为使直流侧电压高于网侧峰值电压，微型逆变器应具备升压环节。目前微型逆变器多采用高频变压器，该方案具备较高的功率密度，效率高，而且能够实现光伏电池与网侧的电气隔离。   

       基于高频变压器的单级式电路结构较为简单，而多级式电路结构通常较为复杂。根据功率变换方式的不同，可分为两类。一种电路结构，首先将直流电通过前级变换器变换为高频交流电，变压器次级整流为直流，最后经过逆变环节转换为工频交流。若前级高频交流电为按照正弦脉宽调制，次级可直接通过周波变换器直接变换为工频交流电。   

       文献[8]提出一种基于Boost变换器和乘法升压单元组合的高增益升压变换器，亦可作为两级式变换器直流升压环节。文献[9]对两种DC/DC升压方式进行了研究，基于Boost和升压单元级联的解决方案效率为94.5%~95.5%，文章指出引入无源缓冲电路后，该效率会进一步提升。采取高频变压器升压方案效率约为96%，两种方案的效率相当。高频变压器可以实现光伏面板和网侧的电气隔离，目前大部分微型逆变器拓扑升压环节均采用高频变压器。