李 森,臧 越,丁 濤,楊 艷

（青島大學自動化與電氣工程學院,山東 青島 266071 ）

電流型光伏并網(wǎng)逆變器的研究與設計

李 森,臧 越,丁 濤,楊 艷

（青島大學自動化與電氣工程學院,山東 青島 266071 ）

設計了一種新型單相電流型光伏并網(wǎng)逆變器，將導抗變換器和光伏并網(wǎng)逆變器結合，使電網(wǎng)電壓對并網(wǎng)電流的影響大大降低，諧波抑制能力得到提高，從而實現(xiàn)高功率因數(shù)電流型并網(wǎng)。采用高頻變換進行功率傳輸，在減小隔離變壓器及輸出濾波器中電感的體積的同時有效減少系統(tǒng)開關損耗，提高光伏逆變效率，實現(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、控制簡單等優(yōu)點。

逆變器;光伏發(fā)電;導抗變換器

0 引言

光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。隨著新能源的開發(fā)和利用，光伏發(fā)電越來越被人們重視。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能元件電容與電流型儲能元件電感相比具有儲能效率高、體積小、價格低等優(yōu)勢而受到廣泛關注，電流型光伏逆變器的研究與應用則相對較少。

本設計中將導抗變換器和光伏并網(wǎng)逆變器相結合設計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，本設計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。相較于傳統(tǒng)電流型光伏逆變器，本方法利用導抗變換器的電流源特性使電網(wǎng)電壓對并網(wǎng)電流的影響大大降低，諧波抑制能力大大提高,同時省去了傳統(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，有利于實現(xiàn)裝置的小型化。

1 導抗變換器理論

圖1所示為T-LCL型導抗變換器，其中L1=L2=L。其四端子表達式化簡可得

由上式可以看出，輸出電流i2僅和輸入電壓u1有關，與輸出電壓u2無關，從而實現(xiàn)了從電壓源到電流源的轉換。

2 單相電流型光伏逆變器拓撲分析

2.1 單相電流型光伏逆變器拓撲

圖2所示太陽能電池產(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，然后經(jīng)過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，最后濾波實現(xiàn)電流型并網(wǎng)。

2.2 輸出特性分析

（1）假設太陽能電池產(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為逆變器開關調(diào)制頻率。

將圖3的波形展開成傅里葉級數(shù)為

因為uB0(t)為偶對稱，圖3所示波形鏡像對稱，所以不含偶次諧波，所以有

將式2-3代入式2-2得B點電壓為

（2）導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點電流為

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

Wu為工頻開關角頻率。

3 并網(wǎng)運行模式控制策略

一般的逆變器采用三角波-正玄波調(diào)制生成驅動信號，對于本設計若用三角波-正玄波進行調(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，可以通過低通濾波器濾去。

利用電網(wǎng)電壓過零點信號驅動開關管VT5和VT6組成的工頻逆變器的開通關斷，從而實現(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 結論

本設計的逆變器在并網(wǎng)運行的時，利用導抗變換器的特性，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，實現(xiàn)了裝置的小型化，而且具有控制方法簡單，受電網(wǎng)影響小等特點。MATLAB仿真結果進一步驗證了本設計實現(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.電力電子技術與應用[M].北京：清華大學出版社,2012(01).

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

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

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