【《光伏并网发电系统逆变器的研究概述》5100字】

第第逆变器的研究逆变器拓扑的研究现状光伏新能源逆变器输入端接的是光伏板，一般情况下光伏板输出的电压比较低，需要经过升压变换后才能经过逆变输出满足市电要求的交流电压。因此，光伏并网逆变器一般都采用DC-DC-AC的变换过程实现逆变输出。逆变器前级DC/DC升压电路拓扑逆变器前级DC/DC升压电路是采用高频的DC/DC开关变换器设计的。开关变换器主要完成功率转换与电压转换的功能，其最大的特点就是体积小并且输出稳定性比较高，开关变换器的小体积得益于开关频率的提高，开关频率与体积是一个反比例的关系。

开关变换器可以利用多种不同的功率器件组成电路拓扑，不同的功率器件构成的开关变换器工作特性也不尽相同。开关电源的拓扑结构也是多种多样的，不同的拓扑结构之间实现的功能以及性能也是千差万别的。开关变换器可分为离线式AC-DC拓扑结构以及DC-DC拓扑结构，离线式变换器本质上也是一种DC-DC变换器，只是需要首先经过一个整流滤波的过程。无论是AC-DC还是DC-DC变换都是通过PWM将输入电压进行斩波控制。开关电源的几种最经典也最基础的拓扑结构分别为：Buck、Buck-Boost、Boost、Cuk等，这些变换器的共同点是电路中的磁性元件为纯电感并非高频变压器；还有一种隔离的开关变换器主要由磁性元件、开关管、整流器件以及滤波元件等按照不同组合方式构成。通过改变开关管的占空比实现方波电压平均值的改变，经过合适的滤波就可以得到转换后的直流电压，下面介绍几种常见的非隔离变换器。Boost电路拓扑如图3.1所示。图3.1Boost变换器电路拓扑结构传统Boost电路的占空比一般不能超过0.5，随着占空比的增大将会导致电路的损耗的增加，不利于电路的正常工作。正是因为如此，在高增益场合往往不适合使用传统Boost电路，为寻求新的电路技术，目前研究热度最高的当属高升压比的非隔离独立光伏逆变器前级DC/DC升压拓扑。高升压比Boost变换器电路主要通过电感的并联来达到较高的电压放大倍数，电路拓扑结构如图3.2所示。图3.2电感串并联高增益Boost电路拓扑结构还有一种双管双电感的新型Boost升压变换器，电路拓扑结构如图3.3所示。图3.3基于拓扑组合的高增益Boost电路Z源逆变器的前级也是一种升压结构，通过电容电感的组合也可以获得较高的电压增益，Z源单相逆变电路拓扑如图3.4所示。图3.4Z源变换器拓扑结构还有一种电感耦合形式的Boost电路，通过设置耦合电感的匝比可以得到需要的高压输出，耦合电感Boost电路如图3.5所示。图3.5耦合电感Boost电路原理图如上所述，从传统的Boost电路发展，如今已陆续演变出许多非隔离型的升压电路拓扑结构，它们均具备结构简单、效率高的显著优势，如何更加迅速且有效地推广其实施应用，具有极强的实践发展意义。隔离型的开关变换器由于加入了高频变压器，变压器的主要特点就是可以实现较大范围的电压比，隔离型变换器在高增益变换的场合下是既简单又实用的开关变换器。隔离型变换器主要分为硬开关和软开关两类。高频隔离型DC/DC变换主要有以下几种典型的拓扑结构，电路如图3.6所示。(1)正激变换器(2)反激变换器(3)推挽变换器(4)半桥变换器(5)全桥变换器图3.6典型的隔离型DC/DC变换器拓扑结构逆变器后级DC/AC变换拓扑结构逆变器的拓扑结构根据功率大小一般都采用半桥或者全桥两种电路，其中应用最多的是全桥逆变电路，其电路结构如图3.7所示。图3.7全桥电路拓扑结构光伏逆变器发展的初期都是利用纯模拟芯片组成整个电路系统，包括驱动电路以及控制电路等都是利用集成芯片的组成来实现相关的功能。模拟控制最大的特点就是电路搭建完成以后可更改的部分比较少，一般只能对输出电压的大小以及过压过流保护等的动作点进行设置。其他的诸如控制策略以及电路参数的显示等模拟控制是无法完成的。随着数字芯片的不断普及，逆变器的控制也跟着向数字化的方向发展。数字化的逆变器一般都是通过单片机或者DSP来完成对整个系统的控制以及数据处理。数字电路配合模拟电路来共同实现整个逆变器的功能是一种比较高效的实现方式。通过数字控制可以方便的实现逆变器的控制策略改变，当需要优化整个电路的控制方式时只需要对控制策略进行程序编写再替换原先的控制程序就可以实现逆变器控制策略的改变；另外通过采样逆变电路的各部分的参数经过调理后就可以输入到控制MCU的AD口，控制芯片通过内部的软件处理，再配合一些显示器就可以方便的读出逆变电源各部分电路的实时参数。总而言之，将数字控制技术与模拟控制技术相结合来实现对逆变器的控制是未来逆变器行业发展的必然趋势。逆变器的设计方案新能源光伏并网发电系统的输入端，即为光伏电池输出的电压，光伏电池的电压一般都比较低，而并网逆变器的输出是220V交流电，因此逆变器需要经过一级升压变换，常见的实现升压的方式包括以下两种。其一，是将输入的直流电压通过逆变器逆变后用变压器进行升压变换，输出满足要求的正弦电压，这种逆变方式如图3.8所示。图3.8工频工作模式变换过程其二，也可以通过输入直流电压的先升压再逆变的过程实现并网输出，只是升压的方式与前一种不同，这种先升压再逆变的模式示意图如图3.9所示。图3.9高频工作模式变换过程工频逆变与高频逆变从拓扑结构上来讲一个是后级变压，一个是前级变压。工频逆变通过工频变压器将逆变的低压交流升高到电网电压；高频逆变首先升压后再进行逆变。从体积角度来讲工频逆变器要比高频逆变器大很多；从转换效率上来讲高频逆变器具有更高的效率。本设计采用第二种DC-DC-AC的逆变模式。DC-DC电路设计高通过Boost电路可以实现频逆变器前级的升压，如图3.10所示。图3.10Boost电路原理图Boost电路工作原理如下：开关管开通时,输入电压Ui对电感L1正向励磁，电感电流逐渐上升。开关管关闭时，电感L1设Boost电路的工作占空比为D，根据电感的伏秒平衡可得：(3.1)(3.2)由上式可知，当输出电压＞输入电压，电路实现了提高输出电压的作用，如图3.11。图3.11电路主要工作波形DC-AC变换原理DC-AC变换是光伏电池实现输出电压升压并转换为交流电的载体，DC-AC逆变拓扑结构可以选择任何一个隔离型的电路拓扑，隔离型电路中的推挽电路不适合高压输入。而全桥电路可以输出大的功率，且变压器不容易饱和，这也是DC-AC变换多数采用全桥电路的原因。全桥电路结构如图3.12(a)所示，图中为输入电压，T1、T2、T3、T4为全桥逆变器的4个开关管。当T1和T4有驱动信号时，T2和33