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
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。
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。
2.1 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。
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)。
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)。
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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.157