双向反激微功率光伏并网逆变器分析与设计.pdfVIP

中国电源学会第二十届学术年会论文集 双向反激微功率光伏并网逆变器的分析与设计 毛行奎，王小彬，张锦吉，陈为 （福州大学电气工程与自动化学院，福州 350108 ） Email ：mxk782@163.com 摘要 论文深入分析研究了双向反激逆变器应用于光伏并网发电系统的工作原理，分析了其差动控制和 单边控制两种工作模态，指出单边控制为差动控制的特例，相比较于差动控制时存在功率回馈，无功率回馈 的单边控制效率更高，所以单边控制的双向反激逆变器更适用做要求同频同相并网、无须功率回馈的微功率 光伏并网逆变器。同时论文也分析推导了双向反激逆变器的并网电流控制原理以及高频功率反激变压器设计 依据，并用仿真进行了验证，最后设计调试了一台输出 200W 的实验样机。实验结果表明，基于双向反激拓 扑的微功率光伏并网逆变器结构简单，效率高，电流控制有效可行。 关键词 光伏发电，微功率光伏逆变器，双向反激逆变器，差动控制，单边控制 1．引言 目前光伏发电系统架构主要包括集中式（Centralized ） 、串式（String ） 、交流模块式（AC [1] Module ）等几种 。其中集中式和串式采用多个光伏电池板串并联构成光伏阵列，然后共用一个逆 变器，适用于中大功率光伏发电应用。交流模块式采用单个光伏电池板供电，相比较于集中式和串 式，有很强的抗局部阴影能力、即插即用、易扩容等优点[2,3] 。与集中式和串式对比，交流模块式 架构中的微功率光伏逆变器（PV micro-inverter ，缩写为 PVMI ）虽然效率略低，但由于影响光伏 发电系统的发电量除了逆变器效率外，还有其它诸多因素[4] 。文献[5]报道，基于美国 Enphase 微功 率光伏逆变器的交流模块式架构年发电量比集中式最大高了 14%。相比于刚推出时对 PVMI 效率 和成本的顾虑，近些年交流模块式架构发电已日益受到重视，不仅学术界已开始比较多研究，而且 也形成如美国 Enphase 、英国 Enecsys 、浙江昱能等一批 PVMI 的国际和国内标杆企业[6-8] 。因此基 于技术优势以及在光伏电池板仍占光伏发电系统成本的主要部分情况下，采用 PVMI 的交流模块式 发电架构将成为光伏发电的重要发展趋势之一。作为交流模块光伏发电系统核心设备之一的 PVMI ，具有输入电压低升压比大（输入光伏电压一般为20-50V ）、输出功率小（一般为 100- 300W ）、 逆变器集成安装在电池板背面工作环境比较严酷等特点[2,3,6-8] 。适用于 PVMI 的拓扑有很多种，反 激电路结构简单、成本低，具有电气隔离，为目前工业应用以及研究的重要电路拓扑[2,9,10] 。但目 前 PVMI 的研究和应用主要集中在使用两级电路的交错反激逆变器拓扑[9,10] 。 本论文研究设计采用双向反激变换器做为 PVMI 的拓扑。论文深入研究分析了双向反激逆变器 工作原理和并网电流控制方法，分析了差动控制和单边控制两种工作模态，针对并网型逆变器不需 要功率回馈的特点，指出基于单边控制的双向反激更适用做微功率光伏并网逆变器，并给出并网电 流控制策略和高频功率反激变压器设计依据，最后设计调试了一台输出功率 200W 的实验样机。 2 双向反激逆变器分析 双向反激逆变器由两个完全相同的反激变换器输入端并联，输出端反相串联构成[11] ，其具有 隔离、升降压功能，双向反激并网逆变器较目前成熟工业应用以及文献[10] 的交错反激逆变器少了 国家自然科学基金项目（资助号） · 132 · 中国电源学会第二十届学术年会论文集 一级工频极性翻转桥，属于单级功率变换系统，效率较高，成本较低，其原理图如图 1 所示。该电 路是由两个完全一样的反激变换器构成，其中 S1、S3、Tx1 和 C1 构成反激变换器 1，S2、S4、Tx2 和 C2 构成反激变换器 2 ，两路反激输入侧并联输出侧反相串联，通过 C1、C2 、L 滤波并到电网。 其中 VD1 、VD2 、VD3 、VD4 为开关管 S1、S2、S3、