电流型光伏并网逆变器的研究与设计

李 森,臧 越,丁 涛,杨 艳

（青岛大学自动化与电气工程学院,山东 青岛 266071 ）

电流型光伏并网逆变器的研究与设计

李 森,臧 越,丁 涛,杨 艳

（青岛大学自动化与电气工程学院,山东 青岛 266071 ）

设计了一种新型单相电流型光伏并网逆变器，将导抗变换器和光伏并网逆变器结合，使电网电压对并网电流的影响大大降低，谐波抑制能力得到提高，从而实现高功率因数电流型并网。采用高频变换进行功率传输，在减小隔离变压器及输出滤波器中电感的体积的同时有效减少系统开关损耗，提高光伏逆变效率，实现装置小型化。该逆变器具有装置体积小、并网谐波含量低、功率因数高、控制简单等优点。

逆变器;光伏发电;导抗变换器

0 引言

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。随着新能源的开发和利用，光伏发电越来越被人们重视。光伏逆变器作为光伏发电系统的核心，主要分为两大类：电压型和电流型。其中电压型由于其储能元件电容与电流型储能元件电感相比具有储能效率高、体积小、价格低等优势而受到广泛关注，电流型光伏逆变器的研究与应用则相对较少。

本设计中将导抗变换器和光伏并网逆变器相结合设计出一种新型的电流型光伏逆变器。与传统的电压型光伏逆变器相比，本设计具有输入电压范围宽，装置体积小，受电网影响小等优点。相较于传统电流型光伏逆变器，本方法利用导抗变换器的电流源特性使电网电压对并网电流的影响大大降低，谐波抑制能力大大提高,同时省去了传统电流型光伏逆变器中的直流电抗器，减小了隔离变压器及输出滤波器中电感的体积，降低装置成本，有利于实现装置的小型化。

1 导抗变换器理论

图1所示为T-LCL型导抗变换器，其中L1=L2=L。其四端子表达式化简可得

由上式可以看出，输出电流i2仅和输入电压u1有关，与输出电压u2无关，从而实现了从电压源到电流源的转换。

2 单相电流型光伏逆变器拓扑分析

2.1 单相电流型光伏逆变器拓扑

图2所示太阳能电池产生的直流电压首先经高频逆变桥VT1～VT4逆变后，再经L1、L2、C2组成的导抗变换器和隔离变压器TR变换成高频电流并且变换电流等级，然后经过VD1～VD4组成的高频整流桥整流和VT5～VT6组成的工频逆变桥逆变，最后滤波实现电流型并网。

2.2 输出特性分析

（1）假设太阳能电池产生的直流电压UA=Ed，经高频逆变桥PWM脉宽调制，电压波形为偶函数，脉冲宽度为Dπ如图3所示。

高频逆变器的输出电压为

WS为逆变器开关调制频率。

将图3的波形展开成傅里叶级数为

因为uB0(t)为偶对称，图3所示波形镜像对称，所以不含偶次谐波，所以有

将式2-3代入式2-2得B点电压为

（2）导抗变换器是将输入电压源变换为电流源输出，并且该电流是电压的1/Z0倍，所以取m=1代入式2-4得C点电流为

（3）假设高频变压器的变比为1：n，经变压器隔离及升压后，D点电流下降为原边的1/n倍。则D点电流表达式为

Wu为工频开关角频率。

3 并网运行模式控制策略

一般的逆变器采用三角波-正玄波调制生成驱动信号，对于本设计若用三角波-正玄波进行调制最终生成并网电流的波形为平顶饱和正弦波，增大了并网电流的谐波含量。因此采用一种三角波-三角波调制算法。如图4所示。

具体工作原理分析如下：由式2-7可知导抗变换器的输出电流为

将3-2代入3-1得

coswst为高频谐波分量，可以通过低通滤波器滤去。

利用电网电压过零点信号驱动开关管VT5和VT6组成的工频逆变器的开通关断，从而实现与电网电压同频、同相的高功率因数正弦电流型并网。

4 结论

本设计的逆变器在并网运行的时，利用导抗变换器的特性，不仅省去了直流电抗器，减小了隔离变压器及输出滤波器中电感的体积降低了成本，实现了装置的小型化，而且具有控制方法简单，受电网影响小等特点。MATLAB仿真结果进一步验证了本设计实现了高功率因数、低谐波污染的电流型光伏并网。

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