微型光伏并网逆变器设计

微型光伏并网逆变器设计

徐茂林

深圳供电局有限公司， 广东 深圳 518000

摘  要

随着社会的发展，人类社会对能源的需求越来越大。传统的化石能源日渐枯竭，寻找新能源被世界各国提上议程。太阳能以其分布广泛、清洁、无污染、取之不尽、用之不竭等优点，引起各国政府的重视。本文对小功率并网系统进行了深入研究，对一套微型光伏并网逆变器进行了仿真研究。

关键词：微型光伏并网逆变器；两级式

1微逆变器的特点

微逆变器具有以下优点，更易满足光伏并网发电系统尤其是光伏建筑一体化的技术要求并提高性能：1）有助于提高系统可靠性。光伏组件串并联组合使用时，存在组件匹配、热斑等问题。任一组件损坏，将影响系统工作，甚至中断输出；2）发电效率更高。单个逆变模块对应单块光伏组件，逆变模块具有MPPT功能，则每块光伏组件的能量都能得到最大程度利用；3）降低系统成本。尽管单个变换器相对成本较高，但其节省长距离直流输配电电缆和大容量交流配电装置，并可安装在室外无需装配机房，减少建设成本。

2 前级升压电路的选择

全桥变换器的主要特点有：初级方波电压幅值为±，而非半桥变换器的±，但是其开关管的耐压也等于直流输入电压。因此当开关管的峰值电压和电压相同时，全桥变换器的输出功率是半桥变换器的两倍。当在输入功率和输出功率相同的情况下，全桥变换器的初级电流有效值和峰值均为半桥变换器的一半。

图2 全桥电路

3 后级逆变电路的选择

当采用PWM控制时，半桥电路在输入端只产生两种电平，因此在输出端生成双极性的SPWM波，其幅值是直流电压的一半，直流电压利用率低。全桥逆变器的直流电压利用率较高，且可以工作于单极性方式，可以减小开关损耗，有利于提高效率。本文设计的并网逆变器采用全桥逆变器。

图3 本文采用的主电路拓扑

4 电流滞环控制

电流滞环控制系统的外环采用直流电压环，用来稳定直流母线电压，内环是电流环，用来对电流进行快速跟踪。外环将逆变器输出参考电流的幅值和与电网电压同步的单位正弦信号相乘，得到逆变器输出参考电流的瞬时值，将与网侧检测电流的差值经滞环比较器处理后，得到控制开关管的PWM波。

图4 电流滞环控制结构图

5 固定开关频率控制

固定开关频率控制是将参考电流的指令信号与实测电流信号的差值，经P调节器处理后与一特定频率的三角波信号相比较，产生控制开关管的PWM波。若参考电流信号大于实测电流信号，则其差值信号为正，这时应控制输出的PWM波使逆变器输出电流增大。

图5 固定开关频率控制结构图

6 控制方案的确定

图6 控制方案

前级推挽升压电路通过调节开关管的占空比来调节光伏电池的输出电压，以实现MPPT功能。后级逆变电路的控制分为电压外环和电流内环，电压外环采样母线电容的电压，与电压基准做比较，经补偿网络放大后作为电流内环指令电流的幅值，对电网电压进行过零点检测，给出低频的开关驱动信号以及指令电流的相位；电流内环控制进网电流跟踪指令值。

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,2005.

[2] 周小义.基于独立光伏组件并网逆变器（ac module）的研究[D].合肥工业大学,2007.

[3] 赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D].合肥工业大学,2003.