交织并联反激式准单级光伏并网微逆变器.docx

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1、交织并联反激式准单级光伏并网微逆变器交织并联反激式准单级光伏并网微逆变器季晓春1，王建华3，嵇保健2，蔡守平1导语：传统集中式、组串式光伏并网发电系统通过对光伏电池板的串并联，在有效进步母线电压后，供应并网逆变器将电能输送到电网。1引言传统集中式、组串式光伏并网发电系统通过对光伏电池板的串并联，在有效进步母线电压后，供应并网逆变器将电能输送到电网。其构造简单，转换效率高，尤其合适于日照较好的电站系统。但在东部城乡地区，云层及建筑物、树木遮挡，和单块电池板发生故障等因素，将严重降低整个系统的发电量。装备在每一个光伏组件后面的微型逆变器，通过对各组件的独立控制使其工作在最大功率点，大大进步了系统抗

2、部分阴影的才能，和整体发电量。尽管其本钱相对较高，但模块化架构、高可靠性、高发电量、安装方便等优点使其为目前分布式光伏发电的一个重要方向。在此详尽介绍了某型准单级式交织并联微逆变器设计、分析及控制策略。高频环节逆变技术不仅实现了微逆变输入输出电压大升压比匹配，同时初次级电气隔离解决不了不隔离系统漏电流问题；而且基于有源箝位技术吸收漏感能量，实现了开关管的ZVS。系统控制框图及流程说明采用变步长的扰动观察法能实现MPPT，输入电压前馈方法可解决准单级式微逆母线电压崩溃问题。2主电路拓扑2.1拓扑选择准单级式反激逆变器仅有一级的功率变换4，拓扑简单，尤其合适低本钱应用场合的要求。在断续形式DCM及

3、临界连续形式BCM下，其呈现电流源特性，控制系统设计简单，市目前光伏微逆变器的理想拓扑。由于反激变换器输出功率有限，在微逆变器系统构造中，这里采取如图1所示交织并联技术：将两路反激变换器输入并联，输出并联，原边的主管交织180度导通以减小输入输出电流纹波，同时公用一组输出极性翻转桥；考虑到反激变压器漏感的存在，进一步采取有源钳位技术回收漏感，并实现了主管和辅助管的ZVS，有效减小开关损耗，进步了电路效率。图1交织并联反激型微逆变器拓扑构造此光阴伏组件经过反激变换器主开关SPWM高频调制，得到包络线为单极性工频正弦半波的输出电流。沟通侧的工频换向桥驱动时序跟踪电网电压，将前面的单极性工频正弦半波

4、翻转为正弦波并网电流，与电网电压同频同相。2.2工作形式分析根据变压器的磁通是否连续，可将反激变换器的工作形式分为电感电流连续形式CCM、DCM及BCM3种。CCM形式下反激逆变器相对稳定性较差，需要妥善处理。目前主流的反激逆变器以DCM及BCM为主，但由于在BCM形式下，需要采用变频控制，计算和控制都较为复杂，因此这里采用DCM。相对BCM及CCM，DCM的优点是恒频工作，控制简单，且消除了次级二极管反向恢复问题；缺点是相比CCM此时励磁电感较小，器件峰值电流应力较大。为确保变换器工作在DCM，需其初级电感Lp即励磁电感小于临界连续电感值。定义工频周期Tgrid是高频开关周期的2k倍，定义d

5、p为最大占空比，由于输入电流大小和占空比成正比，因此每个开关周期的占空比也是正弦脉络dpsin(i/k)，那么变压器原边电流idc的平均值为：化简得将Pin=Udc*Idc,avg带入上式可得变压器原边电感：3控制系统3.1控制框图准单级式微逆变器需同时完成MPPT、锁相、孤岛检测和入网电流控制56。如图2所示，通过MPPT计算提供得到的并网电流的基准幅值Io大小，进而确保光伏组件以最大功率向电网传输能量。锁相提供并网电流的相位信息，确保入网电流与电网电压同频同相。孤岛检测是并网逆变器所必须具备的功能，在电网异常情况下关闭逆变器，确保人员和设备的平安。入网电流控制是并网逆变器的核心控制局部，这

6、里通过采样输出电流闭环控制，确保了高质量的并网电流理论上在DCM下，开环控制即可实现电流源并网，但其并网电流总谐波含量相对较高。图2控制系统3.2准单级式系统MPPT及直流母线电压控制MPPT是通过相应的算法，不断调整并网电流基准，调整逆变器输出功率，进而调节光伏组件的输出功率，使得光伏组件输出功率最大。扰动观察法原理简单，易于实现，是MPPT算法中最常用的方法之一。其算法原理是当前次的输出功率与前一次的输出功率作比拟，假设P(k+1)P(k)，那么将光伏输出电压基准继续向着这一次变化的一样的方向进展扰动；反之，假设输出功率变小，那么在下个周期改变扰动的方向，如此进展反复扰动、比拟直至光伏系统

7、输出功率到达最大。算法流程如图3所示。扰动观察法步长的大小决定了算法跟踪的速度和系统在最高处附近来回振荡的幅度，因此，本文采取一种变步长的扰动观察法7，详细方式当功率较每小时，扰动值C取值加大；当功率较大后，适当减小扰动值C的取值。图3扰动观察法算法流程在准单级并网逆变系统中，单纯的MPPT环无法保证很好的动态性能，实现系统的稳定。当发生外界条件突变或程序误判断时，直流母线电压会剧烈震荡甚至奔溃。如图3所示，在原有的控制根底上加一个输入电压环，防止在MPPT误判断时直流母线电压的剧烈震荡，可以有效防止母线电压的崩溃，实现系统的稳定运行。4实验结果为验证上述交织并联准单级高频环节光伏并网微逆变器

8、方案，在实验室完成了基于DSP28035控制的220W微逆变器样机研制。前级直流输入电压Vpv=35VDC，并网电压Vo=220VAC，电网频率fac=50Hz,主管V1开关频率fs=135Khz，滤波电感L1=1mH，光伏组件及沟通电网采用光伏模拟器及沟通电源模拟。图4a，b分别为轻载与满载时并网电流io的输出波形，可见io与ug同频同相，且io波形质量都较好；由图5c可见，V1在开通与关闭前，漏源极电压为零，实现了V1的ZVS；图4e给出了变压器初级电压up、次级电压us和电流is，ug的波形，验证了工频翻转桥的可行性。 (a)轻载输出 (b)满载输出 (c)主开关管波形 (d)箝位管波形

9、 (e)变压器原副边电压波形图4实验波形图5给出光伏模拟器测试的MPPT效果，MPPT效率为99.5%。图5I-U和P-U曲线图6a效率测试曲线进一步说明微逆变器整机在整个负载范围内均到达了较高的效率，满载最大效率到达了94%，图6b为在不考虑辅助电源损失下功分析仪测试结果，最高效率为95%，并网电流THD小雨1.5%，验证了微逆变器方案的可行性。图6效率曲线及THD测试5结论介绍了某型准单级式交织并联微逆变器设计、分析及控制策略。该微型逆变器具有以下特点：基于高频环节逆变技术，有效实现了初次级电气隔离，解决了不隔离系统漏电流问题；采用有源箝位技术吸收漏感能量，实现了开关管的零电压开关，减小开

10、关损耗；采用变步长的扰动观察法实现最大功率点跟踪，基于输入电压前馈方法解决准单级式微逆母线电压崩溃问题；220W样机整机最大功率跟踪效率为99.5%，满载最高效率到达94%。不考虑辅助电源时，最高效率为95%，并网电流总谐波畸变率小于1.5%。文章;：（）电力电子技术）2021年度第6期参考文献1.张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制M.北京：机械工业出版社，2020.2.Woo-YoungChoi，JasonLaiHigh-efficiencygrid-connectedphotovoltaicmoduleintegratedconvertersystemwithhigh-speed

11、communicationinterfacesforsmall-scaledistributionpowergenerationJSolarEnergy，2020，84(4)：6366493.陈道炼.DC/AC逆变技术及其应用M.北京：机械工业出版社，2003.4.嵇保健，王建华，赵剑锋.一种高效率H6构造不隔离单相光伏并网逆变器J.中国电机工程学报,2021,32(18):9-155.古俊银，吴红飞，陈国呈，邢岩.软开关交织反激光伏并网逆变器J.中国电机工程学报.2020,31(36):40-456.王璐，微型光伏并网逆变器研究D.南京：南京航空航天大学，2021.7.D.Lalili,A.Mellit,N.Lourci,etal.InputoutputfeedbacklinearizationcontrolandvariablestepsizeMPPTalgorithmofagrid-connectedphotovoltaicinverterJ.,2020,):3282-3291.