電流型光伏并網(wǎng)逆變器的研究與設(shè)計(jì)

李 森,臧 越,丁 濤,楊 艷

（青島大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,山東 青島 266071 ）

電流型光伏并網(wǎng)逆變器的研究與設(shè)計(jì)

李 森,臧 越,丁 濤,楊 艷

（青島大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,山東 青島 266071 ）

設(shè)計(jì)了一種新型單相電流型光伏并網(wǎng)逆變器，將導(dǎo)抗變換器和光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)合，使電網(wǎng)電壓對(duì)并網(wǎng)電流的影響大大降低，諧波抑制能力得到提高，從而實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)電流型并網(wǎng)。采用高頻變換進(jìn)行功率傳輸，在減小隔離變壓器及輸出濾波器中電感的體積的同時(shí)有效減少系統(tǒng)開(kāi)關(guān)損耗，提高光伏逆變效率，實(shí)現(xiàn)裝置小型化。該逆變器具有裝置體積小、并網(wǎng)諧波含量低、功率因數(shù)高、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

逆變器;光伏發(fā)電;導(dǎo)抗變換器

0 引言

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。隨著新能源的開(kāi)發(fā)和利用，光伏發(fā)電越來(lái)越被人們重視。光伏逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，主要分為兩大類：電壓型和電流型。其中電壓型由于其儲(chǔ)能元件電容與電流型儲(chǔ)能元件電感相比具有儲(chǔ)能效率高、體積小、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注，電流型光伏逆變器的研究與應(yīng)用則相對(duì)較少。

本設(shè)計(jì)中將導(dǎo)抗變換器和光伏并網(wǎng)逆變器相結(jié)合設(shè)計(jì)出一種新型的電流型光伏逆變器。與傳統(tǒng)的電壓型光伏逆變器相比，本設(shè)計(jì)具有輸入電壓范圍寬，裝置體積小，受電網(wǎng)影響小等優(yōu)點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)電流型光伏逆變器，本方法利用導(dǎo)抗變換器的電流源特性使電網(wǎng)電壓對(duì)并網(wǎng)電流的影響大大降低，諧波抑制能力大大提高,同時(shí)省去了傳統(tǒng)電流型光伏逆變器中的直流電抗器，減小了隔離變壓器及輸出濾波器中電感的體積，降低裝置成本，有利于實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。

1 導(dǎo)抗變換器理論

圖1所示為T-LCL型導(dǎo)抗變換器，其中L1=L2=L。其四端子表達(dá)式化簡(jiǎn)可得

由上式可以看出，輸出電流i2僅和輸入電壓u1有關(guān)，與輸出電壓u2無(wú)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了從電壓源到電流源的轉(zhuǎn)換。

2 單相電流型光伏逆變器拓?fù)浞治?/h2>

2.1 單相電流型光伏逆變器拓?fù)?/p>

圖2所示太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電壓首先經(jīng)高頻逆變橋VT1～VT4逆變后，再經(jīng)L1、L2、C2組成的導(dǎo)抗變換器和隔離變壓器TR變換成高頻電流并且變換電流等級(jí)，然后經(jīng)過(guò)VD1～VD4組成的高頻整流橋整流和VT5～VT6組成的工頻逆變橋逆變，最后濾波實(shí)現(xiàn)電流型并網(wǎng)。

2.2 輸出特性分析

（1）假設(shè)太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電壓UA=Ed，經(jīng)高頻逆變橋PWM脈寬調(diào)制，電壓波形為偶函數(shù)，脈沖寬度為Dπ如圖3所示。

高頻逆變器的輸出電壓為

WS為逆變器開(kāi)關(guān)調(diào)制頻率。

將圖3的波形展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)為

因?yàn)閡B0(t)為偶對(duì)稱，圖3所示波形鏡像對(duì)稱，所以不含偶次諧波，所以有

將式2-3代入式2-2得B點(diǎn)電壓為

（2）導(dǎo)抗變換器是將輸入電壓源變換為電流源輸出，并且該電流是電壓的1/Z0倍，所以取m=1代入式2-4得C點(diǎn)電流為

（3）假設(shè)高頻變壓器的變比為1：n，經(jīng)變壓器隔離及升壓后，D點(diǎn)電流下降為原邊的1/n倍。則D點(diǎn)電流表達(dá)式為

Wu為工頻開(kāi)關(guān)角頻率。

3 并網(wǎng)運(yùn)行模式控制策略

一般的逆變器采用三角波-正玄波調(diào)制生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)于本設(shè)計(jì)若用三角波-正玄波進(jìn)行調(diào)制最終生成并網(wǎng)電流的波形為平頂飽和正弦波，增大了并網(wǎng)電流的諧波含量。因此采用一種三角波-三角波調(diào)制算法。如圖4所示。

具體工作原理分析如下：由式2-7可知導(dǎo)抗變換器的輸出電流為

將3-2代入3-1得

coswst為高頻諧波分量，可以通過(guò)低通濾波器濾去。

利用電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管VT5和VT6組成的工頻逆變器的開(kāi)通關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)電壓同頻、同相的高功率因數(shù)正弦電流型并網(wǎng)。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)，利用導(dǎo)抗變換器的特性，不僅省去了直流電抗器，減小了隔離變壓器及輸出濾波器中電感的體積降低了成本，實(shí)現(xiàn)了裝置的小型化，而且具有控制方法簡(jiǎn)單，受電網(wǎng)影響小等特點(diǎn)。MATLAB仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)、低諧波污染的電流型光伏并網(wǎng)。

[1]李鵬飛,施金良,劉顯榮.電力電子技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2012(01).

[2]吳春華,肖鵬等.一種新型光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].電力電子技術(shù),2007,4(11).

[3]郭鵬，江智軍，胡煒.電流型光伏并網(wǎng)逆變器的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電測(cè)與儀表,2011(07).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.157