光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)(2章)

第二章光伏系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)主講人：郭文君郵箱：guowenjun@QQ:310876367目錄2.1光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)2.2逆變器功率器件2.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.1光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)組成部分：光伏陣列；功率轉(zhuǎn)換器；功率消耗負(fù)載（電網(wǎng)或本地負(fù)載）。2.1.1光伏電池的基本原理2.1.2光伏電池的應(yīng)用設(shè)計(jì)2.1.1光伏電池原理的基本原理光伏電池是利用光生伏特效應(yīng)（PhotovoltaicEffect，簡稱光伏效應(yīng)）把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。發(fā)電工程上廣泛使用的光電轉(zhuǎn)換器件主要是硅光伏電池。硅光伏電池單晶硅（效率最高，成本高，工藝技術(shù)成熟，普遍應(yīng)用）多晶硅（硅使用量少，無效率消退問題，成本低，前景好）非晶硅（較高的轉(zhuǎn)化效率，較低的成本，重量輕，有著極大潛力；穩(wěn)定性不高，影響大規(guī)模使用）2.1.1光伏電池的基本原理光生伏特效應(yīng)（PhotovoltaicEffect）光生伏特效應(yīng)原理圖關(guān)鍵因素(1)光伏電池內(nèi)部具有PN結(jié)，在兩種半導(dǎo)體相互接觸部位具有空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場。(2)光子的吸收能夠在半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電子空穴對(duì)（EHP）。(3)電子空穴對(duì)能夠在內(nèi)部靜電場的作用下產(chǎn)生分離，由少數(shù)載流子變?yōu)槎鄶?shù)載流子，使光伏電池板的外接觸面產(chǎn)生電勢差。光的照射在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生電子空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)在pn結(jié)的電場作用下產(chǎn)生分離運(yùn)動(dòng)，其中電子能夠移向N區(qū)，空穴能夠移向P區(qū)，導(dǎo)致在外部端子上呈現(xiàn)電壓并可通過外部電路產(chǎn)生電流，這就是光生伏特效應(yīng)。2.1.1光伏電池的基本原理光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型圖中，Isc代表在光伏電池中激發(fā)的電流，這個(gè)量取決于輻照度、電池面積和本體溫度T。IVD為通過PN結(jié)的總擴(kuò)散電流，其方向與Isc相反，表達(dá)式如式2-1。Rs是串聯(lián)電阻，Rsh是旁路電阻，一般光伏電池串聯(lián)電阻Rs很小，并聯(lián)電阻Rsh很大。注解（2-1）（1）式中，q為電子電荷，1.6*10-19C；K為玻爾茲曼常數(shù)，1.38*10-23J/K;A為常數(shù)因子（正偏電壓大時(shí)A值為1，正偏電壓小時(shí)為2）。（2）Rs主要是由電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻與硅表面間接接觸電阻所組成。Rsh是由硅片的邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起的。（3）（2-2）（2-3）2.1.1光伏電池的基本原理光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型（2-4）（2-5）式（2-3）（2-6）太陽能電池輸出I-U特性隨日照溫度的變化開路電壓Uoc隨輻照度的變化不明顯，而短路電流Isc則隨輻照度有明顯變化。開路電壓Uoc線性地隨溫度變化，短路電流Isc隨溫度有微弱的變化。2.1.1光伏電池的基本原理光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型太陽能電池輸出P-U特性隨日照溫度的變化溫度保持不變，最大功率點(diǎn)功率隨光照浮動(dòng)有明顯變化，具體表現(xiàn)為光照降低最大功率點(diǎn)功率下降；光照保持不變，最大功率點(diǎn)功率隨溫度也有很大變化，具體表現(xiàn)為，溫度降低最大功率點(diǎn)功率升高。光伏電池板的外部特性曲線，直觀地反映了光伏電池板的性能參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有應(yīng)用價(jià)值。從特性曲線上可以看出光伏電池隨輻照度和溫度變化的趨勢，且可以看出光伏電池既非恒流源，也非恒壓源，而是一個(gè)非線性的直流電源。在應(yīng)用光伏電池板時(shí)，總希望在一定光照與溫度下獲取光伏電池板的最大輸出功率Pm，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流Im，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓Um。尋找最大功率點(diǎn)的這一過程，我們稱其為最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT。2.1.2光伏電池應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏組件使用前測試1、光伏電池組件的電性能測試一般應(yīng)該在規(guī)定光源的光譜（AM1.5）、標(biāo)準(zhǔn)輻照度（1000W/s2）以及一定的電池溫度（25oC）條件下，使用專用儀器對(duì)開路電壓、短路電流、伏安特性曲線和最大輸出功率等進(jìn)行測量。沒有專用儀器時(shí)，可使用萬用表對(duì)光伏電池組件進(jìn)行粗測，即在戶外較好陽光下，用電壓檔直接接正負(fù)極測其開路電壓，用電流檔測器短路電流。2、耐高壓絕緣測試用500V或者1000V絕緣電阻表來測量。絕緣電阻表一段接在電極上，一端接在組件的金屬框架上，絕緣電阻表顯示的電阻值應(yīng)該不小于50MΩ而接近無窮大。3、光伏電池組件的環(huán)境試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法：一是實(shí)地試驗(yàn)法；二是環(huán)境模擬試驗(yàn)法；實(shí)地試驗(yàn)法即把組件長期暴露在自然環(huán)境中，定期觀察和測量電性能參數(shù)，檢查元件、材料的老化和電性能的衰降情況。環(huán)境模擬試驗(yàn)法是用人工方法創(chuàng)造自然環(huán)境中的各種典型條件，對(duì)組件進(jìn)行試驗(yàn)和性能檢查。2.1.2光伏電池應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)方法按照用戶要求和負(fù)載的用電量及技術(shù)條件計(jì)算光伏電池組件的串、并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由光伏陣列的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對(duì)光伏電池的影響等因素。在光伏電池組件的串聯(lián)數(shù)確定之后，即可按照氣象臺(tái)提供的太陽年輻射總量或日照時(shí)數(shù)的10年平均值計(jì)算確定光伏電池組件的并聯(lián)數(shù)?；竟饺缦拢汗夥M件和陣列設(shè)計(jì)的修正1）將光伏電池組件輸出降低10%：實(shí)際應(yīng)用中，受環(huán)境因素影響，如泥土、灰塵覆蓋，光伏組件輸出會(huì)降低。同時(shí)，組件老化也會(huì)使輸出降低。2）將負(fù)載增加10%以應(yīng)付蓄電池的庫倫效應(yīng)：在蓄電池充放電過程中，鉛酸蓄電池會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體溢出，這也就是說光伏電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存起來而是耗散掉了。完整計(jì)算公式如下：2.2逆變器功率器件目錄2.1光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)2.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.2電力電子器件2.2.1電力二極管——最簡單的電力電子器件2.2.2電力場效應(yīng)晶體管——PowerMOSFET2.2.3絕緣柵雙極晶體管——IGBT2.2.1電力二極管Δ電力二極管（PowerDiode）自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備當(dāng)中。Δ在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不可缺少的，特別是開通和關(guān)斷速度很快的快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，具有不可替代的地位。2.2.1電力二極管電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)a)外形b)基本結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)■電力二極管是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的，實(shí)際上是由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的?！鰪耐庑紊峡矗梢杂新菟ㄐ?、平板型等多種封裝。電力二極管工作原理2.2.1電力二極管

■二極管的基本原理——PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴舢?dāng)PN結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流，稱為正向電流IF，這就是PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。

◆當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。

◆PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的反向電壓過大，反向電流將會(huì)急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿。

?按照機(jī)理不同有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式。

?反向擊穿發(fā)生時(shí)，采取了措施將反向電流限制在一定范圍內(nèi)，PN結(jié)仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)。

?否則PN結(jié)因過熱而燒毀，這就是熱擊穿。

電力二極管工作原理2.2.1電力二極管

■PN結(jié)的電容效應(yīng)◆稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容?！舭雌洚a(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴(kuò)散電容CD

。

?勢壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢壘電容為主。

?擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。

◆結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作。電力二極管工作原理2.2.1電力二極管電力二極管的伏安特性圖■靜態(tài)特性◆主要是指其伏安特性◆正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降UF?！舫惺芊聪螂妷簳r(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。電力二極管基本特性2.2.1電力二極管aIFUFtFt0trrtdtft1t2tURdiFdtdiRdtubUFPiiFuFtfrt02V

電力二極管的動(dòng)態(tài)過程波形

a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置

b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

■動(dòng)態(tài)特性

◆因?yàn)榻Y(jié)電容的存在，電壓—電流特性是隨時(shí)間變化的，這就是電力二極管的動(dòng)態(tài)特性，并且往往專指反映通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的開關(guān)特性?！粲烧蚱棉D(zhuǎn)換為反向偏置

?電力二極管并不能立即關(guān)斷，而是須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。

?在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。?延遲時(shí)間：td=t1-t0

電流下降時(shí)間：tf=t2-t1

反向恢復(fù)時(shí)間：trr=td+tf

恢復(fù)特性的軟度：tf

/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示。t0:正向電流降為零的時(shí)刻t1:反向電流達(dá)最大值的時(shí)刻t2:電流變化率接近于零的時(shí)刻IRPURP電力二極管基本特性2.2.1電力二極管電力二極管的動(dòng)態(tài)過程波形零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

◆由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

?先出現(xiàn)一個(gè)過沖UFP，經(jīng)過一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如2V）。

?正向恢復(fù)時(shí)間tfr

?出現(xiàn)電壓過沖的原因:電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用所需的大量少子需要一定的時(shí)間來儲(chǔ)存，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通之前管壓降較大；正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。

電力二極管基本特性2.2.1電力二極管■正向平均電流IF(AV)◆指電力二極管長期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。

◆IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量?！稣驂航礥F◆指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降?！龇聪蛑貜?fù)峰值電壓URRM

◆指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓?！羰褂脮r(shí)，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。

電力二極管主要參數(shù)2.2.1電力二極管電力二極管主要參數(shù)■最高工作結(jié)溫TJM

◆結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。

◆最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。

◆TJM通常在125～175C范圍之內(nèi)?！龇聪蚧謴?fù)時(shí)間trr■浪涌電流IFSM

◆指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過電流。2.2.2電力場效應(yīng)晶體管Δ

電力場效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型，通常主要指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET），簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）。Δ驅(qū)動(dòng)電路簡單，需要驅(qū)動(dòng)的功率小；開關(guān)速度快，工作頻率高；電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過10kW的電力電子裝置中。2.2.2電力場效應(yīng)晶體管

◆電力MOSFET的種類

?按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。?當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝

道的稱為耗盡型。

?對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型。

?在電力MOSFET中，主要是N溝道增強(qiáng)型。

電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的結(jié)構(gòu)

?是單極型晶體管。

?結(jié)構(gòu)上與小功率MOS管有較大區(qū)別，小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?，而電力MOSFET大都采用了垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所以又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET），這大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。

?電力MOSFET也是多元集成結(jié)構(gòu)。電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號(hào)2.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的工作原理?截止：當(dāng)漏源極間接正電壓，柵極和源極間電壓為零時(shí)，P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。

?導(dǎo)通

√在柵極和源極之間加一正電壓UGS，正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。

√當(dāng)UGS大于某一電壓值UT時(shí)，使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。

√UT稱為開啟電壓（或閾值電壓），UGS超過UT越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流ID越大。

2.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的基本特性

◆靜態(tài)特性

?轉(zhuǎn)移特性√指漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系。

√ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率被定義為MOSFET的跨導(dǎo)Gfs，即

√是電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流非常小。電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性2.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的基本特性?輸出特性

√是MOSFET的漏極伏安特性?！探刂箙^(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū)）、飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)）、非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）三個(gè)區(qū)域，飽和是指漏源電壓增加時(shí)漏極電流不再增加，非飽和是指漏源電壓增加時(shí)漏極電流相應(yīng)增加。

√工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。?本身結(jié)構(gòu)所致，漏極和源極之間形成了一個(gè)與MOSFET反向并聯(lián)的寄生二極管。電力MOSFET的輸出特性

2.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的基本特性信號(hào)RsRGRFRLiDuGSupiD+UEup為矩形脈沖電壓信號(hào)源，Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，RG為柵極電阻，RL為漏極負(fù)載電阻，RF用于檢測漏極電流。

(a)(b)電力MOSFET的開關(guān)過程a)測試電路b)開關(guān)過程波形◆動(dòng)態(tài)特性

?開通過程

√開通延遲時(shí)間td(on)

電流上升時(shí)間tr電壓下降時(shí)間tfv開通時(shí)間ton=td(on)+tr+

tfv

?關(guān)斷過程

√關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)

電壓上升時(shí)間trv

電流下降時(shí)間tfi

關(guān)斷時(shí)間toff=td(off)+trv+tfi

2.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的基本特性?不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，因而其關(guān)斷過程是非常迅速的。?開關(guān)時(shí)間在10~100ns之間，其工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。?在開關(guān)過程中需要對(duì)輸入電容充放電，仍需要一定的驅(qū)動(dòng)功率，開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。

2.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的主要參數(shù)

◆跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及開關(guān)過程中的各時(shí)間參數(shù)?！袈O電壓UDS

?標(biāo)稱電力MOSFET電壓定額的參數(shù)?！袈O直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM

?標(biāo)稱電力MOSFET電流定額的參數(shù)。

◆柵源電壓UGS

?柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導(dǎo)致絕緣層

擊穿。

◆極間電容

?

CGS、CGD和CDS?！袈┰撮g的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決

定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。

2.2.3絕緣柵雙極晶體管GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡單。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT）綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，因而具有良好的特性。2.2.3絕緣柵雙極晶體管◆IGBT的結(jié)構(gòu)?是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。?簡化等效電路表明，IGBT是用GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。

IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號(hào)a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號(hào)RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻

IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.3絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理

◆IGBT的工作原理

?其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。

√當(dāng)UGE為正且大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形

成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。

√當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。

?電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。

2.2.3絕緣柵雙極晶體管IGBT的基本特性IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性

■IGBT的基本特性

◆靜態(tài)特性

?轉(zhuǎn)移特性

√描述的是集電極電流

IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系。

√開啟電壓UGE(th)是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降。2.2.3絕緣柵雙極晶體管IGBT的基本特性IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性b)輸出特性

?輸出特性（伏安特性）

√描述的是以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流IC與集射極間電壓UCE之間的關(guān)系。

√分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。

√在電力電子電路中，IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，因而是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。

2.2.3絕緣柵雙極晶體管IGBT的參數(shù)

◆前面提到的各參數(shù)?！糇畲蠹錁O間電壓UCES

?由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。

◆最大集電極電流

?包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流IC。

◆最大集電極功耗PCM

?在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。

2.2.3絕緣柵雙極晶體管◆IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：

?開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。

?在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。

?通態(tài)壓降比MOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。

?輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。?與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。

2.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.2逆變器功率器件目錄2.1光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)2.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.3.1集中式結(jié)構(gòu)2.3.2交流模塊式結(jié)構(gòu)2.3.3串型結(jié)構(gòu)2.3.4多支路結(jié)構(gòu)2.3.5主從結(jié)構(gòu)2.3.6直流模塊式結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系，一般分為離網(wǎng)光伏系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。離網(wǎng)系統(tǒng)不與電網(wǎng)相連，作為一種移動(dòng)電源給本地負(fù)載供電。并網(wǎng)系統(tǒng)，與電網(wǎng)相連，可為電力系統(tǒng)提供有功和無功電能。主流應(yīng)用方式是光伏并網(wǎng)發(fā)電方式。光伏系統(tǒng)追求最大的發(fā)電功率輸出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)電功率有著直接的影響：一方面，光伏陣列的分布方式會(huì)對(duì)發(fā)電功率產(chǎn)生重要影響；而另一方面，逆變器的結(jié)構(gòu)也將隨功率等級(jí)的不同而發(fā)生變化。根據(jù)光伏陣列的不同分布以及功率等級(jí)，將光伏并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分為6種：集中式、交流模塊式、串型、多支路、主從和直流模塊式。2.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)：將所有光伏組件通過串并聯(lián)構(gòu)成光伏陣列，產(chǎn)生一個(gè)足夠高的直流電壓，然后通過一個(gè)并網(wǎng)逆變器集中將直流轉(zhuǎn)換為交流并把能量輸入電網(wǎng)。特點(diǎn)：一般用于10kW以上較大功率的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)只采用一臺(tái)并網(wǎng)逆變器，結(jié)構(gòu)簡單且逆變器效率較高。缺點(diǎn)：阻塞和旁路二極管使系統(tǒng)損耗增加；抗熱斑和抗陰影能力差，系統(tǒng)功率失配現(xiàn)象嚴(yán)重；特性曲線出現(xiàn)復(fù)雜多波峰；需要較高電壓的直流母線，降低了安全性，增加了成本；系統(tǒng)擴(kuò)展和冗余能力差。適合應(yīng)用于光伏電站等功率等級(jí)較大的場合，因此這種結(jié)構(gòu)仍然具有一定的運(yùn)用價(jià)值。2.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)交流模塊式結(jié)構(gòu)交流模塊式結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)：交流模塊式結(jié)構(gòu)是把并網(wǎng)逆變器和光伏組件集成在一起作為一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)模塊。優(yōu)點(diǎn)：無阻塞和旁路二極管，光伏組件損耗低；無熱斑和陰影問題；每個(gè)模塊有獨(dú)立的MPPT設(shè)計(jì)，最大程度的提高了系統(tǒng)發(fā)電效率；每個(gè)模塊獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)擴(kuò)展和冗余能力強(qiáng)；給系統(tǒng)擴(kuò)充提供了很大的靈活性和即插即用性；沒有直流母線高壓，增加了整個(gè)系統(tǒng)工作的安全性。主要缺點(diǎn)：由于采用小容量的逆變器設(shè)計(jì)，因而逆變器效率相對(duì)較低。交流光伏模塊的功率等級(jí)較低，一般在50—400W。在同等功率水平條件下，交流模塊式結(jié)構(gòu)的價(jià)格遠(yuǎn)高于其他結(jié)構(gòu)類型。2.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)串型結(jié)構(gòu)串型結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)：通過串聯(lián)構(gòu)成光伏陣列給光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供能量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。綜合