姚娜　趙曉芳　盧金輝

【摘 要】本文以分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中的交錯反激式微型逆變器為研究對象，在詳細(xì)分析電路工作原理的基礎(chǔ)上，確定交錯反激式微型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計、有源鉗位電路設(shè)計、基于擾動法的 MPPT控制技術(shù)研究等，在仿真的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)交錯反激式微型逆變器硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，搭建一個額定功率250W、輸出電壓 220V 的樣機(jī)，驗證了設(shè)計的有效性。

【關(guān)鍵詞】交錯反激;微型逆變器;拓?fù)?MPPT技術(shù)

中圖分類號： TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）10-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.010

Design of Grid-connected Micro-inverter Based on Staggered Parallel Active Clamp Position

YAO Na1 ZHAO Xiao-fang1 LU Jin-hui2

（1.Dongguan University of Technology，Dongguan Guangdong 523808，China;

2.Dongguan Qili Power Co.，Ltd.，Dongguan Guangdong 523000，China）

【Abstract】Based on the detailed analysis of the working principle of the circuit，this paper takes the staggered anti-excitation micro-inverter in distributed photovoltaic power generation system as the research object.We will determine the topology design，active clamp bit circuit design，and research on MPPT control technology based on the perturbation method.On the basis of simulation，we will implement the hardware design and software design of the staggered micro-inverter.A prototype with rated power of 150W and output voltage of 220V is built to verify the effectiveness of the design.

【Key words】Interlaced anti-excitation;Micro-inverter;Topology;MPPT technology

并網(wǎng)逆變器作為電網(wǎng)和光伏極板的接口，可以將光伏板輸出的直流電轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的交流電并入電網(wǎng)， 是整個系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換與控制的核心。光伏并網(wǎng)微型逆變器可以直接安裝在支架上或者組件后方，與光伏組件的每個模塊一一相對應(yīng)， 在個別模塊受到局部陰影的影響時，其自身性能降低也不會對整個光伏組件的總體輸出有太大影響，圖1為采用微型逆變器的分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

1 微型逆變器控制策略研究

1.1 交錯反激式微型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和有源鉗位電路設(shè)計

交錯反激式微型逆變器采用了多模塊并聯(lián)技術(shù)，通過兩個并聯(lián)耦合的反激式變換器輪流工作，在電壓、電流相同的情況下，可以使電路輸出更高的功率等級。交錯并聯(lián)反激式微型逆變器拓?fù)潆娐啡鐖D2所示。為了提高微逆變器的效率和避免反激式電路工作時的缺點，設(shè)計采用有源鉗位電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖中主開關(guān)管S1和輔助開關(guān)管S2分別選用N溝道、P溝道MOSFET。主開關(guān)管在關(guān)斷時能量被鉗位電容（Cclamp）吸收并存儲在鉗位電容里，當(dāng)在下一輪循環(huán)時，變壓器T漏感和鉗位電容發(fā)生諧振，由此可以實現(xiàn)開關(guān)管零電壓開通，多余能量可以從鉗位容轉(zhuǎn)移到次級線圈。

1.2 基于擾動法的MPPT控制算法分析

傳統(tǒng)的擾動觀測法采用電壓增量尋優(yōu)策略，需要通過電壓電流傳感器采集直流側(cè)電壓電流信號，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)慢。 本文研究在保持?jǐn)_動法算法簡單、容易實現(xiàn)等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，利用交流側(cè)輸出功率信息和功率平衡方程式計算出直流側(cè)電壓，因此不需要在光伏電池端安裝采樣的電壓傳感器;同時基于這種電流增量尋優(yōu)的MPPT控制策略，以電流環(huán)進(jìn)行跟隨控制，具有更快的動態(tài)響應(yīng)，實現(xiàn)動態(tài)實時地跟蹤最大功率。圖4為基于擾動法的MPPT控制算法程序設(shè)計流程。

2 硬件電路設(shè)計

單相反激式光伏微型逆變器包含主電路、控制電路和檢測電路、輔助電源電路三個部分。主電路包含DC-DC直流變換、DC-AC直交變換等，主要作用是實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化和傳遞。檢測電路主要包括直流和交流的電壓、電流檢測電路等。輔助電源電路為主控芯片、放大器、及其他邏輯芯片提供工作電源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。DSP采用TMS320F28035，其60Mhz頻率實時處理速度快，通過設(shè)計先進(jìn)的算法，使輸出模塊滿足要求。電流使用霍爾傳感器進(jìn)行采樣，將電感電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，送入 DSP AD口進(jìn)行測量，測量電路如圖6所示。逆變電壓采用差分電路采樣，逆變電壓通過比例電路縮小后，再經(jīng)一電阻加直流偏置后送入DSP口進(jìn)行采樣，如圖7所示。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件控制是并網(wǎng)微逆變控制系統(tǒng)的核心部分。本文的軟件設(shè)計包括直流母線電壓控制、MPPT控制環(huán)、鎖相環(huán)控制、并網(wǎng)電流控制等。所有控制均由軟件算法進(jìn)行實現(xiàn)。系統(tǒng)主程序流程圖如圖8所示。系統(tǒng)上電后，首先屏蔽有中斷。然后進(jìn)行CPU初始化，中斷向量初始化，各外設(shè)模塊初始化：AD轉(zhuǎn)換模塊、I/O端口等。初始化完成之后，主控芯片的各個模塊開始工作，接著打開中斷屏蔽位。系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，在下一個中斷信號進(jìn)入時結(jié)束等待狀態(tài)。

4 實驗樣機(jī)及結(jié)果分析

為了驗證本文提出的控制策略的可行性和設(shè)計的電路拓?fù)涞挠行裕罱艘慌_額定功率250W的交錯反激式微型逆變器實驗樣機(jī)。將逆變器與電網(wǎng)連接，測試逆變器輸出的電壓和電流，圖9為在輸入直流電壓為40V時逆變器輸出的電壓電流實驗波形。當(dāng)直流輸入電壓為40V時，測量得到電網(wǎng)電壓平均值227V，逆變器的輸出電流平均值為1.1A，電網(wǎng)電壓頻率為49.99Hz（頻率誤差范圍允許在±0.05Hz），逆變器輸出的最大功率為240W，輸入功率為250W，由此可知樣機(jī)的工作效率達(dá)到了96%。同時經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)的計算，電網(wǎng)電壓的總諧波含量僅為0.089，逆變器輸出電流總諧波為3.16，以上指標(biāo)滿足了國家規(guī)定的光伏發(fā)電并網(wǎng)要求。

5 結(jié)論

本文研究了光伏系統(tǒng)中的微型逆變器一些關(guān)鍵技術(shù)，包括：基于有源鉗位的交錯反激式微型逆變器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計、基于擾動觀察法的MPPT最大功率跟蹤技術(shù)研究等。通過理論分析和設(shè)計，搭建一臺250W的交錯并聯(lián)反激式微型逆變器樣機(jī)，通過實驗驗證了本設(shè)計的逆變器符合國家規(guī)定的并網(wǎng)要求。