（电力电子与电力传动专业论文）小功率全桥双向电流源高频链光伏户用逆变器研究.pdf

上海交通大学博十后工作报告a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n t o f e c o n o m y ，i m p r o v e m e n to f p e a s a n t sa n d h e r d s m e n sl i f e a n d p o p u l a r i z a t i o no fh o u s e h o l da p p l i a n c e ，t h er e q u i r e m e n t s f o rp h o t o v o l t a i ca c p o w e rs o u r c ew i l li n c r e a s e ，a st h ek e yp a r t so fp h o t o v o l t a i ca cp o w e rs o u r c e ，t h e r e q u i r e m e n tf o rb e t t e rp h o t o v o l t a i ei n v e r t e r a l s oi n c r e a s e g r a d u a l l y s ot h e f u t u r e m a r k e to fp h o t o v o l t a i ci n v e r t e rw i t hl o w c o s t ，h i g hq u a l i t ya n dh i g hr e l i a b i l i t yi s b r i g h t t h e r ea r et w ot y p e sp h o t o v o l t a i ci n v e r t e r sf o rf a m i l yu s ea t p r e s e n t o n e i s v o l t a g el i f t w i t hl i n ef r e q u e n c y ( 5 0 6 0 h e r t z ) f i r s ti tc o n v e r t sd cf r o mb a t t e r yt o 5 0 6 0 h za c ，t h e ni tl i f t sv o l t a g et o2 2 0v o l ta cw i t hl i n ef r e q u e n c yt r a n s f o r m e r t h e d i s a d v a n t a g e so f t h i st y p ei n v e r t e ra r ei t sb i gs i z ea n dp o o ra d a p t a b l ea b i l i t yt ol o a d c h a n g e a n o t h e r i sf o r w a r dm o d eh i g h f r e q u e n c yl i n ki n v e r t e r i tu s e st h r e e s t a g e c o n v e r s i o n ，d c a c ，a c d c ，d c a c ，o u t p u t s o n e p h a s e 2 2 0v o l ta c t h e d i s a d v a n t a g e so ft h i st y p ei n v e r t e r a r eu s eo fm o r ec o m p o n e n t sa n dm o r ec o m p l e x s t r u c t u r eb e c a u s eo fi t st h r e e s t a g ec o n v e r s i o n i nr e c e n ty e a r s ，an e wc o n v e r s i o n t e c h n i q u eh a s a t t r a c t e da t t e n t i o no fr e s e a r c h e r s s e v e r a lt o p o l o g i e sh a v eb e e n p r o p o s e d e g f u l l b r i d g e c u r r e n tm o d eh i g h f r e q u e n c yl i n ki n v e r t e r s ，p u s hp u l lc u r r e n tm o d e h i g h f r e q u e n c yl i n ki n v e r t e r s c u r r e n t m o d e h i g h f r e q u e n c yl i n ki n v e r t e r sa r e b a s e do n f l y b a c kd c d cc o n v e r t e r s ，t h ec i r c u i tw o r k s i nd i s c o n t i n u o u so rc o n t i n u o u sm o d eo f i n d u c t o rc u r r e n t t h ec i r c u i tt o p o l o g yo fe a c hw o r km o d ei sf l y b a c kd c d cc o n v e r t e r i to w n st h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：s i m p l e rc i r c u i tt o p o l o g y , f e w e rc o m p o n e n t s ，s i m p l e r c o n t r o ls c h e m e ，b e t t e rd y n a m i cr e s p o n s ea n dh i g h e re f f i c i e n c y i ti sv e r ys u i t a b l ef o r p h o t o v o l t a i ci n v e r t e r f i r s t l y ，d i s c o n t i n u o u sc u r r e n tm o d e a n dc o n t i n u o u sm o d eo ff l y b a c kc o n v e n e ri s a n a l y z e da n ds i m u l a t e d t h er e s u l ts h o w 也a tt h ep e a kc u r r e n ta n df i l l sc u r r e n to f p o w e r s w i t c h e si nc o n t i n u o u sc u r r e n tm o d ei sr e d u c e ds h a r p l yc o m p a r e dw i t ht h a ti n d i s c o n t i n u o u sc u r r e n tm o d e ，w h i c hi sv e r yi m p o r t a n tf o ri m p r o v i n gt h e c o n v e r t e r e f f i c i e n c y t h er e s u l ta l s os h o w s t h a tt h ec o n v e n e rw i t hp i dc o m p e n s a t o rc a l la c h i e v e g o o dd y n a m i cp e r f o r m a n c e b a s e do nt h et h e o r i e sd i s c u s s e da b o v e ，a2 0 0 w f u l l b r i d g ec o n t i n u o u sc u r r e n t m o d eh i g hf r e q u e n c yl i n ki n v e r t e ri sd e s i g n e d p h i l i p sm i c r o c h i pc o m p u t e ri su s e dt o i m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h e i n v e r t e ra n dr e d u c et h ec o s t 1 1 1 es i m u l a t i o na n d e x p e f i m e n tr e s u l t s h o wt h a tt h ei n v e r t e rp r o t o t y p eh a v et h ea d v a n t a g e so fs i m p l e t o p o l o g y , h i g he f f i c i e n c ya n d s u i t a b l ef o rp h o t o v o l t a l cs y s t e m k e y w o r d s ：i n v e r t e r ，h i g h f r e q u e n c yl i n k ，s o l a re n e 、r g y , p h o t o v o l t a i cs y s t e m ，c u r r e n t m o d e 上海交通大学博士后研究工作报告第一章绪论 1 1 全球能源形势“ 第一章绪论 近百年来，全球能源消耗基本趋于稳定增长态势，呈3 指数增加。尽管许 多工业化国家能源消耗基本趋于稳定，但大多数发展中国家工业化进程加快( 如中 国) ，能耗不断增加。其次，世界人口是呈指数增加，因此预计全球未来能源消耗 态势仍将以3 的速度增长。 能耗指数增长所带来的后果十分严重，它愈来愈快地消耗掉地球上的能源储 量。计算结果表明，就现己探明的储量，耗尽时间从现在开始为9 0 年。因此全球 都在积极开发利用可再生能源。在今后的2 0 一3 0 年里，全球的能源供应将发生根 本性的变化。专家预测，在下5 0 年里，可再生能源在整个能源构成中会占到5 0 。 我国能源工业面l 临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世 界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的7 6 ，己成为我国大气污 染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量( 煤炭、石油、天然气等) 及可开采 年限十分有限( 表l 一1 ) ，存在着十分危险的潜在危机，比世界总的能源形势更加 严峻。因此开发利用可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有应该说更加迫 切、更具重大意义。 表1 一l 我国能源剩余资源探明储量和可开发年限 ；资源种类煤炭( 亿吨)石油( 亿吨)天然气( 亿扩)水力( g w 装机量) ! 探明可开采储量 1 1 4 53 2 7 3 61 1 7 0 4 3 5 3 1 可开采年限 5 4 - 8 11 5 2 0 2 8 5 83 8 1 0 4 链 l 可开采到 2 0 5 0 2 0 7 72 0 1 l 一2 0 1 62 0 2 4 2 0 5 42 0 3 4 21 0 0 可再生能源包括风力发电、太阳能发电、太阳能热利用、地热能以及包括燃 料电池在内的一系列制氢和氢能利用技术，开发可再生能源有利于改善环境质量， 减少气候变暖的危险，是2 1 世纪能源发展的方向。 1 风力发电。风力发电装机容量的增长主要在欧洲。近年来，丹麦、印度、中国、 新西兰、瑞士、加拿大等国家，都在实施风力发电项目。风力发电主要受土地 利用的矛盾，风机对鸟类的伤害，大型的风力发电与重要的人口和工业中心相 隔较远等因素的限制。 2 地热、燃料电池、海洋能发电。这些能源的潜力巨大，大规模使用尚有许多问 题有待研究解决。 3 太阳能热利用。太阳能热利用主要采用简单、价廉的低温热利用的适用技术， 上海交通大学| l 十后研究工作报告 第一章绪论 如太阳能温室、太阳灶、被动太阳房、太阳热水器和太阳干燥器。这类技术在农 村得到推广应用，为缓解农村能源短缺，改善农村生态环境和农民生活起了积极 的作用，并收到了实效。 4 太阳能发电。太阳能发电是理想的可再生能源，具有以下一些特点： ( 1 ) 无污染：无任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”。 ( 2 ) 可再生：资源无限，可直接输出高品位电能，具有理想的可持续发展性。 ( 3 )资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间有丰富和欠丰富之别。 ( 4 ) 机动灵活：发电系统可按需要以模块方式集成，可大可小，扩容方便。 ( 5 ) 通用性、存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储。 ( 6 ) 分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御 自然灾害和战备的角度看，它具有明显的意义。 ( 7 ) 资源、发电、用电同一区域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用。 ( 8 ) 光伏建筑集成：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究 和发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。 欧盟科技局局长w o l f g a n gp a l z 博士在第二届国际太阳能光伏会议 0 1 ( 1 9 9 8 7 6 - i 0 v i e n n a ) 上，对目前光伏技术商业化发展态势发表了如下看法： 光伏技术的发展已经很明显地结束了它的前期开拓( p i o n e e r ) 阶段，并开始了它 的蓬勃发展( e x p l o s i o n ) 阶段。目前太阳能发电趋势是： l - 太阳能发电成本降低趋势 太阳能发电系统安装价格每年以9 速率降低。1 9 9 6 年平均安装成本约7 美 元w p ，预计2 0 0 5 年可降到3 美元w p ，p v 发电成本0 1 l 美元k w h ，2 0 1 0 年降到 6 美分k w h ，相当于系统安装成本1 7 美元w p 。 降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技 术途径实现。5 0 0 m w 年的规模，采用现有不同的商业化晶硅技术，可使p v 组件成 本降低到0 7 1 一1 7 8 欧元w p ，如果加上技术改进和提高电池效率等措施，组件平 均成本可降低到l 美元w p 。在这个组件成本水平上，加上系统其他部件成本也在 不断改进和降低，发电成本6 美分k w h ，是可能和现实的。考虑到薄膜电池，未 来降低成本的潜力更大，因此，在本世纪前1 0 - - 3 0 年把p v 系统安装成本降低到 与核电可比或更低是完全可能的。 i 光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展 目前光伏组件的生产规模在5 2 0 m w 年，本世纪将向百兆瓦级甚至更大规模 发展。同时自动化程度、技术水平也将大大提高，电池效率将由现在的水平( 单晶 硅1 3 一1 5 ，多晶硅i i 一1 3 ) 向更高水平( 单晶硅1 8 - - 2 0 ，多晶硅1 6 上海交通大学博士后研究工作报告第一章绪论 一1 8 ) 发展，同时薄膜电池在不断研究开发，这些都为大幅度降低光伏发电成 本提供了技术基础。 3 ) 光伏建筑将成为光伏应用的最大市场 光伏建筑集成及并网发电近年来获得了快速发展。建筑物能为光伏系统提供 足够的面积，不需另占土地；能省去光伏系统的支撑结构、省去输电费用；光伏 阵列可代替常规建筑材料，节省材料费用：安装建筑施工结合，节省安装成本； 分散发电，避免传输和分电损失( 5 1 0 ) ，降低输电和分电投资和维修成本。集 成设计使建筑更加洁净、完美，更易被专业建筑师、用户和公众接受。 太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会 十分重视。国际能源组织( i e a ) 于1 9 9 1 和1 9 9 7 年相继两次年起动建筑光伏集成计 划。许多国家相继制定了本国的屋顶计划，使得建筑光伏集成技术如旭日东升， 蓬勃发展。例如，1 9 9 7 年6 月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”，2 0 1 0 年完成。该计划旨在加速和促进美国光伏产业的快速发展，把发电成本降到6 美 分k w h 以下，起到减排c o 。、增加社会就业、保持和加强美国光伏产业在世界的 领先地位和支配地位的作用。欧洲于大致相同的时间宣布了百万屋顶计划，于 2 0 1 0 年完成。日本政府的计划目标是，到2 0 1 0 年安装5 0 0 0 m w 屋顶光伏发电系统。 德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于9 8 年l o 月份提出了个p v 工业2 0 年 来最庞大的计划一在6 年内安装1 0 万套p v 屋顶系统，总容量在3 0 0 5 0 0 m w ，每 个屋顶约3 5 k w 总费用约9 1 8 亿马克。该计划提供1 0 年无息信贷，政府提供 3 7 5 的补贴，该计划于1 9 9 9 年1 月实施。该计划在德国引起了很大反响，对德 国的p v 工业将产生不可估量的影响。 建筑物能耗占世界总能耗的1 3 ，是未来太阳能光伏发电的最大市场。光伏 系统和建筑结合将根本改变太阳能光伏发电在世界能源中的结构中的从属地位， 前景光明。 4 本世纪前半期光伏发电将超过核电 专家分析预测，未来p v 发展的年增长率在2 0 3 0 之间。按照指数增长规律， p v 将很快发展成巨大的市场。以整机容量计，需要3 0 - - 5 0 年就可超过核能。第 二届世界太阳能光伏会议主席j u r g e ns c h m i d t 说：“作为全球一种能源，光伏发电 在下世纪前半期将超过核电，是2 0 3 0 年还是2 0 5 0 年的最后几年超过，只是个时间 问题。” 1 9 9 7 世界发电总装机容量约2 0 0 0 g w ，其中核能约3 7 0 g w ，占1 7 。世界核电 发展是呈收缩或维持趋势，我国和许多发展中国家由于工业化速度加快，能源短 缺，还会适当地发展核能。到本世纪3 0 一5 0 年代，核能将发展到5 0 0 - - 6 0 0 g w 左 右。1 9 9 8 年世界光伏发电总装机容量0 8 g w ，以2 0 4 0 年计算，这要求从现在开始， 上海交通大学博士后研究工作报告 第一章绪论 光伏发电每年增长速度为1 6 5 。专家预计本世纪前半期的3 0 - - 5 0 年代光伏发 电将超过核电，是一个有根据的预测，前提是光伏系统安装成本能和核能相比。 我国光伏事业在经历了十多年艰苦创业的历程后，近年来已进入了一个难得 的兴旺期。西部大开发策略实施以及中国光明工程和全球环境基金世界银 行中国可再生能源商业化促进项目等重大项目的启动必将营造一个十分广阔的 光伏发电市场“3 。 目前我国现有的无电用户数量仍然很大，估计在1 4 0 0 万户左右，而且大部分 分布在西北五省、区以及内蒙古、西藏、云南、海南、四川阿坝州等太阳能资源 丰富或比较丰富的地区，具有利用光伏发电解决其基本生活用电和少部分生产用 电的自然资源条件。另一方面，在这些地区架设常规电网造价昂贵，不具备竞争 力。光伏发电系统的应用不仅有利于改善当地农牧民生活，对于当地的环境保护 也具有重要的现实意义。 1 2 光伏发电系统乜3 l太阳电池阵列ltl茎星薹至蚤兰燃 闰嚼 ( a ) 独立光伏供电系统 低 压 用 l 太阳电池阵列卜 且 电 流 源 l 太阳电池阵列卜一 输 j 直流一交流 + l 线- 电 1 l 逆变装置 系 f i 太阳电池阵列卜一 统 储能装置控制装置 ( b ) 并网光伏发电系统 图1 1 交流光伏发电系统 高 压 上海交通人学博士后w f 究工作报告第一章 绪论 与其他发电方式相比较，光伏发电系统有着无污染、不需要燃料、无转动部 件、运行安全可靠、使用维护简便、规模可大可小等一系列重大优点，从而其应 用范围十分广阔，覆盖着从几十瓦的小型便携式直到几兆瓦的联网发电系统，应 用领域遍及各行各业。光伏发电系统分为直流光伏发电系统和光伏交流发电系统。 直流光伏发电系统主要是功率较小的光伏户用系统，它是将太阳电池发出的电能 给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户 用照明系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于直流负载电压的不同( 如1 2 v 、 2 4 v 、4 8 v 等) ，很难实现系统的标准化和兼容性”“，特别是民用电力，由于大多 为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发 电最终将实现并网运行，所以今后交流户用光伏发电系统必将成为户用发电的主 流。 采用交流电力输出的光伏户用系统由太阳电池阵列、储能装置、直流一交流 逆变器、控制装置与连接装置等构成，如图1 一l 所示。光伏发电系统一般分为独 立运行和并网运行两大类，并网运行又有分散式与集中式的区别。独立运行系统 指与电力系统不相联的系统，作为移动式电源，以及边远无电地区供电，目前已 得到广乏应用。 太阳能光伏发电系统通常安装在边远地区，难以维护，这就要求发电系统具 有高可靠性吼维护少和长寿命，同时作为商品还要求高效低成本，同时还要求 具备高质量电能以及满足电磁兼容( e m c ) 要求，具体如图1 2 所示。 、 l低噪声( 电能质量) 图1 2 对光伏发电系统的要求 1 3 光伏逆变电源的现状和发展”1 7 1 光伏逆变器是光伏发电系统的重要部件，随着电力电子技术和相关技术的发 展，经历了从低频逆变到高频逆变的发展，其性能得到不断提高和完善。 9 上海交通大学博士后研究工作报告 第一章绪论 u 1 图1 - - 5s p w m 调制低频光伏逆变电路 i _ 瀚j f 卜一f 、 k8 1 ) 。# 舞 ；弋 r 图1 6 改进型低频逆变电路 工频变换逆变电源不足之处在于： ( 1 ) 工频变压器体积大、笨重： ( 2 ) 滤除输出电压的高次谐波的输出滤波器体积大、笨重； ( 3 ) 装置产生音频噪声； ( 4 ) 对于输入电压及负载的波动。系统动态响应特性差。 1 3 2 高频链光伏逆变器 r l 为了克服传统逆变器的缺点，m r e s p e l a r g “”于1 9 7 7 年提出了高频链逆变技 术的新概念。高频链逆变技术和常规的逆变技术最大的不同在于前者利用高频变 压器实现输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。1 9 8 0 年， m r j a l a d e 。“从另一个角度阐述了高频链逆变系统的拓扑结构。该文将高频链逆变 系统按变换器的工作类型分为两类：电压源和电流源，文献 1 9 ，2 0 的研究工作对 文献 1 7 作了进一步的补充。该系统具有以下优点： ( 1 )系统的效率高，接近于d c d c 变换器。其效率大于9 0 ； ( 2 )可靠性高；( 3 ) 系统的动态响应好： 7 上海交通人学博士后研究： 作报告 第一章绪论 ( 4 ) 输出电压的波形失真小；( 5 ) 系统易于并联。 图1 7 高频链逆变系统的另一种描述 按照功率的传输方向还可以分为两大类：单向型和双向型高频链逆变器。由 此可以分为单向电压源高频链逆变器，双向电压源高频链逆变器，单向电流源高 频链逆变器，双向电流源高频链逆变器。 1 3 2 1 电压源高频链逆变器 1 单向电压源高频链逆变器 这是目前应用较广泛的一种高频链逆变器。图1 8 为单向电压源高频链逆变 器原理框图，高频链d c a c 逆变技术的基本思想是在直流电源和逆变器之间加入 一级高频电气隔离d c d c 变换器，使用高频变压器实现电压比调整和电气隔离， 省掉了体积庞大的低频输出变压器，从而降低了音频噪声，提高了逆变器的功率 密度。 l f a c 直流电源高频斩波高频变压器整流器滤波器s p _ | v m 调制交流负载 圈l 一8 单向电压源高频链逆变器原理框图 图1 9 为文献 2 8 提出的高频脉冲直流环节逆变器拓扑。这种逆变器由 高频直流环节电路和d c a c 逆变桥级联而成，前级输出的高频脉冲直流电压波 为d c a c 逆变桥功率器件实现z v s 创造了条件。但是该电路存在高频脉冲直流 环节电路拓扑复杂，功率器件数量多，控制复杂等。 上海交通大学f 尊i ：后研究工作报告 第一章绪论 直流电源高频斩波高频变压器整流器 无功吸收回路s p n n a t交流负载 图l 一9 高频脉冲直流环节逆变器拓扑 2 双向电压源高频链逆变器 图卜l o 双向电压源高频链逆变器拓扑 卜 图l l o 为双向电压源高频链逆变器拓扑，该逆变器具有双向功率流动、两 级功率变换( o c h f a c l f a c ) 等特点，双向电压源高频链逆变器虽然能够实现功 率的双向传输，但是这种方案存在固有的缺点：由于控制输出电压的周波变换器 采用了传统的p i n 技术，周波变换器器件换流时打断了高频变压器漏感中连续的 电流，于是导致高频变压器和周波变换器之间的电压过冲。由于这个原因，这类 方案都需要另外采用一些缓冲电路或有源电压嵌位电路来吸收存储在漏感中的能 量，从而增加功率器件数量和控制电路的复杂性为代价，故不十分理想。 另外，值得一提的是多电平光伏逆变器，由于光伏电池阵列是通过光伏电池 片串并联得到的，应用多电平逆变器具有特殊的优势。图卜ll 是半桥二极管嵌位 三电平光伏逆变器”3 。正电压是通过开关s l 、s 2 得到，负电压是通过开关s 3 、s 4 得到，零电压是通过开关s 2 、s 3 得到。 上海交通人学l 尊士后研究工作报告第一章绪论 图i - ii 半桥二极管嵌位三电平光伏逆变器 1 3 2 2 电流源高频链逆变器 1 基于b u c k b o o s td c d c 无变压器式电流源逆变器。 图1 1 2 基于b u c k b o o s td c d c 无变压器式电流源正弦波逆变器 ( a ) 电感充电 上海交通大学博士后研究工作报告 第一章绪论 a o d ，f o o ( b ) 储存的能量释放到负载 图1 1 3 产生负半波的电流方向 雏i | i ；ll | | ；| | llil | 0，、 h 图卜1 4 输出正弦波负半波时各开关波形 图l 一1 2 为基于b u c k b o o s td c d c 无变压器式电流源正弦波逆变器，与传统 的逆变器相比减少了有源开关数量，最大的特点是从直流到交流输出只有一级变 换。拓扑结构简单。工作原理：开关a 和b 由高频正弦p w m 调制，开关d 、f 和c 、e 与低频同步。图1 1 3 为产生负半波的电流方向。图1 - 1 4 为输出正弦 波负半波时各开关波形。这种逆变器具有元器件数量少，拓扑简单等优点，不足 之处是电压调整范围有限。 2 基于反激式变换器的电流源高频链逆变器 文献 2 2 提出了一种适合于小功率场合的、新颖的电流源高频链逆变技术， 并研究了三种电路拓扑：单向电流源高频链逆变器、双向电流源高频链逆变器和 全桥电流源高频链逆变器。电流源高频链逆变电路是以工作在电感电流断续模式 下反激式电路为基础，每一个开关周期，直流电源的能量首先存储在变压器原边 电感中，然后再经副边电感传递到负载。 1 l 上海交通大学博士后研究工作报告第一章 绪论 u i n u i n 图i - 1 5 单管单向电流源高频链逆变器 图l 1 6 为单管双向电流源高频链逆变电路 图1 1 5 为单管单向电流源高频链逆变电路，它可以在v 。一i 。平面两象限 运行，即第一象限和第三象限两种模式。在第一象限时，变压器的能量通过功率 管s l 传送到负载，输出电压上正下负；在第三象限时，变压器的能量通过功率管 s 3 传送到负载，输出电压下正上负。通过控制s 。的占空比可以实现输出电压的正 弦变化，该电路具有以下优点： ( 1 ) 拓扑结构简单； ( 2 ) 使用器件少： ( 3 )良好的动态响应； ( 4 ) 系统属于单极点系统，控制电路简单； ( 5 ) 系统的效率和可靠性高； 但是该逆变器还存在只能单向传输功率，负载适应性差；输出电压存在过零 畸变；输出不能空载等缺点。 1 2 上海交通大学博士后研究工作报告 第一章绪论 单管双向电流源高频链逆变电路如图l 1 6 所示，它将副边的两个二极管用 m o s f e t 代替，从而使电路可以四象限运行，既可以由电源向负载传送能量又可以 从负载向电源回馈能量。该电路解决了功率双向传输和输出电压过零畸变的问题， 使逆变器可以带感性负载和空载。但是由于变压器的漏感的影响，主开关电压应 力较大。 全桥双向电流源高频链逆变器如图1 1 7 所示，它分为三个部分：高频逆变 器、高频变压器、周波变换器。由于高频逆变器的桥式结构，使逆变器中的漏感 能量具有了泻放通路，降低了功率管的电压应力。 + 兰珏 、。t 逢 j d 3 ， ) i 心 1 芹藩 一 _ 昔母 l l l l 1 一 -_ 寺鬻 、 一i 乡0 4 算 0 2 li 图卜1 7 全桥双向电流源高频链逆变器 文献 2 1 从降低成本和完善电路拓扑的角度出发，提出了半桥电路和推挽式 的双向高频链结构，同时将高频链逆变电路从电感电流断续模式扩展到电感电流 连续模式。 1 4 本文的主要内容 本文选题“光伏户用逆变器研究”是针对目前光伏户用低频逆变器体积大、动 态响应差以及高频户用逆交器系统负载、可靠性差等问题提出研制电流源高频链 光伏户用逆变器。该项目得到世界银行全球环境基金国家经贸委技术进步项目 资助。本文对电流源高频链进行了理论分析、计算机仿真和样机制作，主要内容 有分为以下几章： 第一章阐述了太阳能光伏发电的重要意义，回顾了光伏逆变器发展过程，分析 上海交通大学博士后研究工作报告 第章绪论 了当前光伏逆变器的优缺点。 第二章研究了单端反激式变换器在电感电流断续和连续状态下的稳态工作特性 和动态稳定性。 第三章介绍所研制的全桥双向电流源高频链光伏户用逆变器。 第四章介绍逆变器的相关辅助电路的设计。 第五章总结了研制工作，并对今后的研制工作提出了构想。 参考文献 i 严陆光，“二十一世纪电工新技术产业化展望”【j 】电工电能新技术，2 0 0 0 年第一期，p p ： 1 1 0 2 严陆光，太阳能发电的现状与展望，太阳能1 9 9 5 年第二期 3 j u r g a ns c h m i d t ，2 ”w o r l dc o n f e r e n c e e x h i b i t i o no np v s o l a re n e r g yc o n v e r s i o n6 1 0 j u l y 1 9 9 8 ，v i e n n a a u s t r i a ，x l v i i i 4 林安中王斯成“我国光伏发电进展”太阳能1 9 9 9 年第四期 5 石定寰。中国新能源和可再生能源发展纲要( 1 9 9 6 - - 2 0 1 0 ) 6 杨宏、王鹤，“光伏系统中小功率逆变电源现状”，太阳能1 9 9 9 。3 7 曹仁贤，光伏发电系统中逆变电源的原理与实现，太阳能 8 m a r t i n a c a l a i s ，v a s s i l i o sg a g e l i d i s a n dm i k e m e i r t h a r d t ，“m u l t i l e v e l c o n v e r t e r sf o r s i n g l e p h a s eg r i dc o n n e c t e dp h o t o v o l t a i cs y s t e m s ：a no v e r v i e w ，s o l a re n e r g y ，v 0 1 6 6 ，n o 5 ， p p 3 2 5 3 3 5 ，1 9 9 9 9 m a s a t ok u s a k a w a ，h i r o s h in a g a y o s h i ，k o i c h ik a m i s a k o ，k o s u k ek u r o k a w a ”f u r t h e r i m p r o v e m e n to fat r a n s f o r m e r l a s s ，v o l t a g e ，b o o s d n g i n v e r t e rf o ra cm o d u l e s ”s o l a r e n e r g ym a t e r i a l s s o l a r c e l l s6 7 ( 2 0 0 1 ) 3 7 9 3 8 7 1 0 黄敏超，徐德鸿，林渭勋，“全桥双向电流源高频链逆变器”，电力电子技术，1 9 9 9 ( 1 ) p p 5 7 l1 m h u a n g ，w l i na n dj y i n g ， n o v e lc u r r e n tm o d eb i - d i r e c t i o n a lh i 曲- f r e q u e n c yl i n kd c a c c o n v e r t e rf o ru p s , i e e ep e s c 9 8 ，p p 1 8 6 7 一1 8 7 1 1 2 王斯成，余世杰，王德林等“3 k w 可调度并网逆变器的研制”【j 】太阳能学报2 0 0 1 年v o i 2 2 第一期p p ：1 7 - 2 0 13 dmd i v a n t h er e s o n a n td cl i n kc o n v a r t e r - an e wc o n c e p t i n s t a t i cp o w e r c o n v e r s i o n i e e e i a sa n n m e e t ，1 9 8 6 ，6 4 8 6 5 6 1 4 m a t s u i ，m ；n a g a i ，m ；m o c h i z u k i ，m ；n a b a e ，a “h i g h f r e q u e n c yl i n kd c a c c o n v e r t e rw i t h s u p p r e s s e dv o l t a g ec l a m pc i r c u i t s n a t u r a l l yc o m m u t a t e dp h a s ea n g l ec o n t r o l w i t hs e l ft u r n 。o f f d e v i c e s ”i n d u s t r ya p p l i c a t i o n s ，i e e et r a n s a c t i o n so n ，v o l u m e ：3 2i s s u e ：2 ，m a r c h _ a p r i l 1 9 9 6 p a g e ( s ) ：2 9 3 - 3 0 0 1 4 上海交通大学博七后研究工作报告 第一章绪论 1 5 y a m a t o ，i ；t o k u n a g a ，n ；m a t s u d a ，y ；s u z u k i ，y ；a m a r o ，h “h i g hf r e q u e n c yl i n kd c a c c o n v e r t e rf o ru p sw i t han e wv o l t a g ec l a m p e r ”p o w e re l e c t r o n i c ss p e c i a l i s t sc o n f e r e n c e ， 1 9 9 0 p e s c 9 0 r e c o r d ，2 1 s t a n n u a l i e e e ，1 9 9 0 p a g e ( s ) ：7 4 9 7 5 6 1 6 k o u t r o u l i s ，e ：c h a t z a k i s ，j ；k a l a i t z a k i s ，k ；v o u l g a r i s ，n c “ab i d i r e c t i o n a l ，s i n u s o i d a l ， h i g h f r e q u e n c y i n v e r t e r d e s i g n ”e l e c t r i c p o w e r a p p l i c a t i o n s ，i e e p r o c e e d i n g s - ，v o l u m e ：1 4 8 i s s u e ：4 j u l y2 0 0 1p a g e ( s ) ：3 1 5 3 2 1 1 7 e m e s p e l a g ea n dbk b o s e ，“h i g h - f r e q u e n c y l i n kp o w e rc o n v e r s i o n ”，i e e et r a n s o n i a v 0 1 1 3 ，n o 5 ，p p 3 8 8 - 3 9 4 ，i9 7 7 18 j j a l a d e j c m a r p i n a r da n dm v a l e n t i n ， n e wd c a ch i g hp o w e rc e l ls t r u c t u r e i m p r o v e p e r f o r m a n c e sf o rs i n eg e n e r a t o r ，i e e ep e s c s 19 r p r a j o u x ，j c m a r p i n a r da n dj j a l a d e ，e t a b l i s s e m e n td em o d u l e sm a t h 6 m a t i q u e sp o u r r 电u l a t e u r sd ep u i s s a n c eam o d u l m i o nd el a r g e u rd i m p u l s i o n s ( p w m ) ，l & ep a r t i e m o d u l e s d i s c r e t s ”e s as c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g yr e v i e w1 9 7 6 ( 2 5 4 2 ) 2 0 r p r a j o u x ，j c m a r p i n a r d a n dj j a l a d e ，“e t a b l i s s e m e n td em o d u l e s m a t h 6 m a t i q u e sp o u r r e g u l a t e u r s d e p u i s s a n c e am o d u l a t i o nd e l a r g e u rd i m p u l s i o n s ( p w m ) 2 6 m ep a a i e m o d & sc o n t i n u s ”e s as c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g yr e v i e w1 9 7 6 ( 11 5 - 1 2 9 ) 2 1 李伟单级高频链逆变技术研究南京航空航天大学博士学位论文2 0 0 1 2 2 黄敏超，“高频链逆变技术的研究”，浙江大学博士学位论文，1 9 9 8 2 3 刘慧文，“具有组合功能的智能化通用正弦逆变电源的研制”合肥工业大学硕士学位论 文，2 0 0 3 2 4 赵为，“太阳能光伏并网发电系统的研究”合肥工业大学博士学位论文。2 0 0 3 2 5 张为民“小体积光伏户用正弦逆变电源的研究”合肥工业大学博士学位论文。2 0 0 2 2 6 张玉明“基于d s p 的移相全桥高频链逆变器的研制”中国科学院研究生院( 电工研究所) 2 0 0 2 1 2 7 2 7 周大可“基下d c d c 变换器拓扑逆变器的研究”南京航空航天大学硕士学位论文2 0 0 2 2 8 ，陈道炼，“软开关p 嘲组合式航空静止变流器研究”南京航空航天大学博士学位论文， 1 9 9 8 上海交通大学博士后研究工作报告 第二章革端反檄式变换器研究 第二章单端反激式变换器研究 由于电流源高频链逆变电路是以单端反激式变换器电路为基础的，因此本章 分季斤单端反激式变换器电路工作在电蕊龟流连续( c o n t i n u o u sc u r r e n tm o d e ， 电感电流连续模式) 和电感电流断续( d i s c o n t i n u o u sc u r r e n tm o d e ，电感电流断 续) 模式下的电流和威力、变换效率和动态响应。 2 。l 单端反激式变换器稳态工作特性 攀端反激式交换器就是电隔离戆b u c k b o o s t 功率变换嚣，其交压器莛着电感 和变压器的双重作用，两者只有输入输出电压增益的不同，如果变压器的匝比为 1 ，那么它们鲍稳态特性完全相屈。 u i n u o 甏2 1 单端爰澈式交换嚣电路拓翳 圈2 一l 为单端反激式变换器电路拓扑。图中变压器的服边电感l ，和副边电 感己：的极性耀爰，匿院为l ：n ，u ；。为输入壹流电压，开关s 为高频斩波开关，c 为输出滤波电容，r 为电阻负载；i 。为原边电感电流：i 。为剐边电感电流：u o 、 i 。为