什么是新型单级Buck-Boost逆变器？你知道吗？

随着全球多样化的发展，我们的生活也在不断变化着，包括我们接触的各种各样的电子产品，那么你一定不知道这些产品的一些组成，比如单级Buck-Boost逆变器。

近些年来我国光伏产业发展迅猛，2018光伏装机量超过43GW。逆变器作为光伏系统的高度智能单元，是光伏发电系统中的核心设备。在当今科技高速发展的浪潮下，各行业以极快的速度更新迭代。当下的组串式光伏逆变器不仅功能更强大、智能化程度更高且单机功率也是持续的突破上限。近期国内不少光伏项目70/80kW及更大功率的组串式逆变器渐渐成为主流。同样在中高压并网的光伏电站中，组串式逆变器也有逐步替代集中型逆变器的趋势。

逆变器又称电源调整器，根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器，根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变变压器型逆变器。逆变指将直流电转换为交流电的过程，逆变电路指可完成逆变功能的电路，逆变器指可实现逆变功能的装置设备。光伏逆变器(又称为电源调整器)，是逆变器的一种，该类逆变器常用于光伏发电系统中，故将其名曰“光伏逆变器”。光伏逆变器除直交流变换功能外，还具有自动运行、停机功能和最大功率跟踪控制功能。

逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压;逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关(ON-OFF)，使直流输入变成交流输出。当然，这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制(SPWM)，使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列(拟正弦波)。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。

光伏逆变器跟一般逆变器的区别体现在其具备最大功率点跟踪(MPPT)功能与针对电网安全的低电压穿越能力。而分布式光伏逆变器是光伏逆变器在应用形式上的一个类别，目前广泛应用在光伏扶贫以及家庭光伏中。分布式光伏发电包括并网型、离网型及多能互补微网等应用形式，并网型多应用于用户附近，自发自用;离网型多应用于边远地区和海岛地区，利用自身的发电系统和储能系统直接向负荷供电;与其它发电方式组成多能互补微电系统，如水、风、光等，既可以作为微电网独立运行，也可以并入电网联网运行。凭借良好和稳定的性能，赢得多方用户的青睐。

降低度电成本、提质增效、多行业融合是现代光伏行业的发展趋势，这对包括光伏逆变器在内的光伏产品性能提出更高要求。逆变器虽然在初始投资方面占比小，但作为连接电网和光伏发电单元的桥梁，其作用不可小视。逆变器是光伏电站的核心设备，通过电力电子逆变技术，将光伏组件产生的直流电转换为可并入电网的交流电。在光伏逆变器领域，组串式、集中式、集散式三大主流技术各领风骚。

根据BNEF数据，2019年底累计光伏装机容量超过风电装机，成为仅次于煤炭、天然气、水电的全球第四大发电来源。2013-2019年间，全球新增光伏装机量的复合增长率达到20%中国、欧洲、美国等光伏主要市场每年新增装机量维持在较高水平，此外印度、澳大利亚等新兴市场崛起，光伏新增装机量GW级市场增多，至2018年已达13个(2007年出现第一个)，并呈持续增加之势。每年新增光伏装机量的增长带动光伏逆变器的需求快速增加。光伏逆变器量2019年达到127GW，2013-2019年间复合增速为22%，除新增光伏装机需求外，未来几年逆变器替换需求市场有望持续增长。由于逆变器中IGBT等电子元器件使用年限一般10-15年，在组件25年的运营周期中，至少需要更换一次逆变器，据IHSMarkit测算，2020年全球光伏逆变器的更替需求约为8.7GW，同比增长近40%。

燕山大学提出一种新型无电解电容单级Buck-Boost逆变器。该逆变器具有升降压能力，不仅电路本身不含电解电容，而且其抵抗输入侧低频脉动的能力强，有利于减小输入侧滤波电容值，从而实现整个系统无电解电容化。该逆变器具有成本低、使用寿命长、可靠性高、短路及断路保护简单等优点，符合中小功率光伏发电系统的要求。

逆变器作为光伏发电的重要组成部分，主要的作用是将光伏组件发出的直流电转变成交流电。目前，市面上常见的逆变器主要分为集中式逆变器与组串式逆变器，还有新潮的集散式逆变器。

由于传统方案的不足，越来越多的学者开始研究单级非隔离结构的逆变器。与传统方案相比，单级非隔离升降压型逆变器有诸多优点：无需变压器、拓扑结构简单、所需元件少;相比多级式拓扑其只有一个能量环节，因此在效率方面具有优势。但是目前已经提出的单级升降压型逆变器大多没有解决滤波器尺寸大的问题。有学者提出了Z源逆变器，Z源逆变器通过将无源储能元件组成的无源网络加入桥式结构中实现升降压逆变，但Z源逆变器中无源网络所需的电感和电容值较大，且其升压能力较弱，尽管可以通过改变无源网络使升压能力得到提高，但是改变后的无源网络结构复杂，硬件参数设计也变得困难。

组串式出货占比仍将提升逆变器市场多数玩家兼营集中式和组串式，全球化布局明显目前PowerElectronics、上能电气产品以集中式逆变器为主，Enphase以微型逆变器为主，华为、SolarEdge、锦浪、固德威均以组串式逆变器为主，但华为产品主要为大组串，面向大型地面电站和工商业光伏系统，而后三者面向户用市场。阳光、SMA产品线齐全，兼有集中式和组串式逆变器业务。市场中多数企业均致力于全球化布局，销售区域涵盖欧美等传统市场，及澳大利亚、印度等新兴市场。

在研究设计过程中，一定会有这样或着那样的问题，这就需要我们的科研工作者在设计过程中不断总结经验，这样才能促进产品的不断革新。