反激式微型逆变器新型功率解耦电路控制策略的研究反激式微型逆变器新型功率解耦电路控制策略的研究
针对光伏并网微型逆变器中光伏电池的输出功率所含有两倍的工频功率脉动问题,提出了一种新型功率解耦电
路,可以有效地减小解耦电容的容量,使整个微型逆变器的寿命得到延长。详细分析了交错反激式微型逆变器
的拓扑结构组成、工作过程及微型逆变器功率解耦的基本原理,并对目前较常用的三类功率解耦电路的工作方
式及优缺点做了对比;对提出的功率解耦电路的两个工作模式及控制策略进行了详细分析,最后,在MATLAB
仿真软件中搭建了带有功率解耦电路的交错反激式微型逆变器仿真模型,通过仿真实验可得功率解耦电路可以
有效抑制功率脉动问题,控制策略可以实现单位功率因数并网。
0 引言引言
光伏发电系统常用的集中式发电,是将许多紧密相连的太阳能电池板分组串联,再将不同的串联电池组并联起来形成电池
阵列,进行集中发电
[1]
,当存在局部阴影或碎砾等遮蔽太阳能电池板时,会因日照不均等因素导致光伏电池板输出功率下降,
光伏发电系统整体的输出功率也会大幅度降低
[2]
。光伏微型逆变器是一种转换直流从单一太阳能电池组件至交流电的装置,即
每个光伏电池模块均配备一个逆变器及转换器,每个组件均能进行电流的转换
[3]
,能够在面板级实现最大功率点跟踪,最近几
年,由于其独特的优势,吸引了国内外大部分专家的深入研究
[4]
。
反激式拓扑结构因本身的结构简单,而且具有电气隔离等优势,是微型逆变器现在最为广泛应用的拓扑结构。光伏发电系
统的控制目标是实现输出电流和并网电压同频同相、功率因数接近为1,在光伏并网的过程中,逆变器的输出功率通常含有两
倍的工频脉动,而MPPT的输出功率一般为恒定值,导致两者的瞬时功率不平衡,一般的解决方法是在光伏电池板两端并联一
个电解电容来解决,但是解耦电容的寿命有限,使之成为了影响微型逆变器寿命的最大因素。
本文提出了一种交错反激式微型逆变器的功率解耦电路,并且通过在MATLAB仿真平台建立微型逆变器模型进行了仿真验
证,实验表明,该功率解耦电路可以有效地降低解耦电容的纹波,减小电解电容值。
1 反激式微型逆变器的功率解耦电路反激式微型逆变器的功率解耦电路
1.1 反激式微型逆变器反激式微型逆变器
反激型光伏并网微型逆变器输入端接光伏电池板,由于光伏电池板输出电压较低,需要前级的DC-DC升压电路来进行升
压,所以这部分使用具有电气隔离、升压、储能的多重作用的反激变压器
[5]
,其匝比为1:n,开关管则使用MOSFET,反激
变压器副边则产生正弦馒头波;后级采用的是经典的全桥逆变,将前级输出的电流进行极性翻转,产生与电网同频同相的并网
电流;并在并网侧使用LC滤波对并网电流进行谐波滤除,使总谐波的畸变率满足并网要求,即THD<5%。反激式微型逆变器
结构框图如图1所示。
在微型逆变器进行并网时,通过计算逆变器输出侧的功率可知,其瞬时功率是工业频率的2倍,但是由最大功率点跟踪控制
策略可以得到功率应该是一个定值,所以,这就发生了瞬时功率与工业频率未达到平衡,这种现象一般的解决方案是在光伏电
池侧并联一个较大容量的电解电容来使光伏电池的输出电压可以更加平稳,即实现功率解耦。但是,并联的电解电容的寿命却
低于光伏电池的寿命,这样就使整个光伏并网微型逆变器的寿命降低,进而使微型逆变器的效率大大降低。为了提高微型逆变
器的寿命和效率,功率解耦电路的研究越来越重要。
1.2 微型逆变器功率解耦基本原理微型逆变器功率解耦基本原理
如图1所示反激式微型逆变器结构,其中I
ac
为并网电流值,U
ac
为并网电压值,在整个光伏并网逆变过程中,光伏电池的输
出功率P
pv
始终为一定值,如式(1)所示: