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提出一种全新低输入纹波单级隔离反激拓扑结构,实现输入电流低纹波,使得电池板更易实现最大功率点跟踪(MPPT),并且能够同时实现逆变器的高转换效率和高可靠性。通过理论分析、计算模拟和实验验证等方面验证了技术的正确性、先进性和可行性,为推动太阳能和风能等清洁能源的广泛应用提供理论指导和技术支持。
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低输入纹波光伏微型逆变器的研究低输入纹波光伏微型逆变器的研究
提出一种全新低输入纹波单级隔离反激拓扑结构,实现输入电流低纹波,使得电池板更易实现最大功率点跟踪
(MPPT),并且能够同时实现逆变器的高转换效率和高可靠性。通过理论分析、计算模拟和实验验证等方面验
证了技术的正确性、先进性和可行性,为推动太阳能和风能等清洁能源的广泛应用提供理论指导和技术支持。
0 引言引言
在新能源领域,光伏发电是研究热点之一
[1-3]
。近年来,高转换效率、高可靠性微型并网逆变器的研发受到了广泛关注,但
并网微型逆变器存在着提高转换效率和改进可靠性、降低成本相互矛盾等关键技术问题。
光伏系统中电池板和逆变器的连接方式主要有三种
[4-6]
。(1)将光伏电池板串联,得到至少400 V以上的直流电压,再接到一
个集中逆变器,通过降压实现DC/AC向电网传输能量,该架构结构简洁。由于连接方式为串联,组件受阴影或灰尘影响较
大,进而导致性能下降,整个系统的性能和转换效率都会受到影响甚至不能正常工作。(2)在单个的电池板上安装独立的
DC/DC变换器,将电池板的直流低压转换为直流高压,然后将直流高压连接到集中逆变器。该方法克服第一种方法的某些缺
点,但系统效率也由于两级转换而降低。(3)为解决上述问题,第三种微型逆变器得到了广泛研究。对每一个电池板安装一个
微型逆变器,把单个电池板的直流低压直接转换为交流进行能量传输。微型逆变器被认为是光伏发电领域未来的发展趋势之
一
[4]
。
目前,两级式微型逆变器总体效率很难达到95%以上。因此,对于输出功率小于300 W的微逆变器,多采用单级转换,文
献[5]介绍了一种隔离型反激拓扑,不仅可以提高逆变器转换效率并且在应用上也具有很大的优势,目前得到广泛研究。文献
[7]给出了一种两路全隔离单级反激拓扑,该拓扑采用电解电容并联来稳定电压,实现MPPT。然而,电解电容的使用寿命短。
延长逆变器寿命的有效途径是应用寿命较长的薄膜电容替换电解电容,但薄膜电容的容值较低,不能满足典型功率在200
W的逆变模块所需的容值。为了解决此矛盾,近年来众多研究者提出了不同解决办法
[8-11]
,其原理都是利用额外电容作为储能
元件,存储光伏电池输出的过剩能量,再适时地把已存储的能量释放来弥补输出能量不足的部分。Kyritsis提出了一种双向的
升降压结构
[8]
,该电路中增加了储能电容,并且增加了由一个电感和两个开关管组成的升降压结构。利用这一技术可把电容值
降低30倍,从3 mF降为0.1 mF。但是,逆变器系统总体效率低
[9]
。其他类似的技术在文献[10]中提出,尽管把电容值进一步降
低,但峰值效率也下降到86.7%。一种三端口变压器的单级反激拓扑结构在文献[11]中提出,是利用变压器的第三级绕组端口
和存储电容来实现稳定光伏电池工作电压的目的。该研究中对于200 W的输出功率,需用两个40 μF的电容。尽管该文作者没
有说明具体转换效率,但和文献[8]相比,在存储电容的充电和放电回路上都多用了控制开关,转换效率一定低于90.5%。类似
三端口逆变器拓扑在文献[12]~文献[15]中提出,存储和释放能量的控制方法过于复杂,且只能应用于传输电流非连续工作模
式,实际应用中较难实现。
本文在此基础上提出一种全新两路互补电流单级隔离反激拓扑结构,实现用超小电容稳定光伏电池工作电压,可以使逆变
器具有高转换效率和高可靠性。
1 主电路原理主电路原理
1.1 主电路拓扑主电路拓扑
本文提出了一种新型微型逆变电源拓扑结构:两路互补电流全隔离单级反激DC/AC转换结构,如图1所示。图中开关管S
1
、
S
2
和变压器T
1
构成逆变器的第一路电路,开关管S
3
、S
4
、变压器T
2
和一个升降压模块构成第二路电路。该拓扑结构应用
NMOS开关器件S
2
和S
4
作为副边开关器件,与传统选择二极管相比,这样能降低功耗。
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weixin_38601311
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