一种直接并网型光伏逆变器的研究

1、一种直接并网型光伏逆变器的研究主要内容一 光伏发电的研究背景二 光伏逆变器拓扑结构的研究三 耦合副回路法消除输出电流纹波四 逆变器输出电流控制五 直接并网型逆变器的输出直流分量研究六 总结一、光伏发电的研究背景能源枯竭问题化石能源将在未来几十年内枯竭，必须寻求新能源。开发清洁环保的新能源是解决当前环境问题的主要手段。环境污染问题太阳能是十分理想的新能源我国陆地面积上太阳能资源十分丰富，太阳能较其他能源容易利用且对环境友好，因此研究太阳能光伏发电在当前有很重要的现实意义。二、光伏并网逆变器拓扑结构的研究2.1、 直接逆变型并网逆变器优点：效率高（96%）、重量轻、结构简单、可靠性高。 太阳能电池

2、板没有与电网隔离，太阳能电池板两级有电网电压，对人身安全不利。 逆变器控制系统复杂，需要同时完成太阳能电池MPPT和逆变器输出控制 没有隔离光伏阵列会有对地漏电流问题 直接并网，逆变器会向电网输送直流分量。光伏阵列的对地漏电光伏阵列的对地漏电流受到电网电压电网电压和逆变桥A A、B B两两点的共模电压点的共模电压影响漏电流的危害：降低了逆变器的整体效率破坏系统的电磁兼容性危害人身安全造成电网电压对漏电流的影响共模输入对漏电流的影响漏电流抑制： 使用变压器进行隔离，变压器阻断了电网电压和共模电压产生的漏电流在光伏阵列的寄生电容上的通路，因此漏电流得到抑制。 使用双极性调制，双极性调制使得共模电压

3、为一个恒定值，消除共模电压产生的漏电流2.2、工频变压器隔离型并网逆变器优点：工频变压器实现电压变换和电气隔离，有效抑制了电网电压和逆变器共模电压引起的漏电流，不向电网输送直流分量。缺点：工频变压器笨重，成本高。工频变压器损耗大，造成系统效率不高。2.3、高频变压器隔离型并网逆变器优点：光伏阵列和电网隔离高频变压器体积小、成本低缺点：高频变压器损耗大，因此这种结构的逆变器一般功率都不会太大。会向电网输送直流分量2.4、中频变压器隔离型并网逆变器使用中频变压器代替高频变压器，以获得更大的功率，但是实际中由于整流滤波电感较大，造成这种结构较少应用。本文中提出了一种减小滤波电感的方法。 一种减小中频

4、变压器整流滤波电感方法电感L1两端的电压变化量等于电容C2两端的电压，如果C2两端的电压很小，则电感L1就可以很小了。通过控制T1和T2的导通时间，使得电感L1中的电流变为零后，再改变变压器初级的逆变桥的开关状态，就可以实现软开关，这样逆变桥中功率开关的损耗就可以很小了。2.5、改进型中频变压器隔离型并网逆变器采用中频变压器的逆变器整体拓扑结构图三、耦合副回路法消除输出电流纹波二极管钳位式三电平逆变器逆变器并网时，要求输出电流的纹波不超过总电流的5%，目前逆变器常用抑制输出电流纹波方法：多电平逆变、输出滤波采用LCL输出滤波的三相并网L23IN12122L213G1212I(s)1 = U (

5、s)L L Cs +(L +L )sI (s)L Cs +1 = U (s)L L Cs +(L +L )s1212L +L1=2L L Cf谐振频率LCL滤波法消除输出电流中纹波，结构简单，容易控制。但是该结构存在不稳定的极点。121111122222dIdIU = L +LMdtdtdIdIU =M+ L +Ldtdt2111222212221121LN=LNNNM=L=LNN12222NL(-1)=LN耦合副回路法消除电流纹波的原理令Uo=Uc、U1=U2、dI1/dt =0 得:M=L2+L22又因为耦合副回路法消除电流纹波的仿真我们使用PSPICE电路仿真软件，对耦合副回路法消除电流

6、纹波的电路进行仿真，主电路采用了降压型(Buck)开关电路。耦合副回路消除电流纹波的PSPICE仿真电路负载电阻R1两端的电压波动电容C上的电流电阻R1两端电压波动的峰峰值为0.1V，纹波电压仅占总输出电压的0.1%。没有加入副回路时，主回路电感电流纹波峰峰值为1.24A，副回路吸收了97%的主回路电流纹波。电感L2(mH)副回路纹波电流I2(mArms)主回路纹波电流I1(mArms)26.900.5338.4210.272.1737.672.0111.5327.770.6239.6013.500.4061.104.900.3667.601.300.3271.205.15硬件实验电路不同L2

7、值下，纹波电流数据没有加入耦合副回路时，纹波电流纹38.59mA。当电感L2等于0.36mH时，主回路中的电流纹波最小，此时的电感值大致满足L22=L2的条件，说明耦合副回路消除电流纹波方法理论正确，能够滤除主回路中电流纹波。耦合副回路法消除电流纹波的硬件电路实验四、逆变器的输出电流控制4.1、电流滞环控制优点：控制结构简单、动态响应好、控制误差恒定。缺点：功率管开关频率不固定，造成输出电流中含有不同频率的谐波，使得滤波器的设计变得复杂。22dgdU -U f=4HLU开关频率4.2、SPWM闭环控制输出电流波形接近正弦波，控制效果要好于电流滞环控制法，且功率管的开关频率固定，等于三角载波频率

8、。控制效果的好坏受PI环节影响，系统的动态响应不如滞环控制法好。电流的SPWM闭环控制模型4.3、无差拍控制无差拍控制是一种预测性的控制方法，它根据系统的状态方程和下一个采样周期的参考电流来控制系统下一周期的输出电流的大小，理论上能够做到使输出电流无误差的跟踪参考电流。由于需要知道系统的状态方程，因此这种控制方法的应用受到限制。4.4、SVPWM控制SVPWM是上世纪八十年代提出的一种先进控制算法，它常用于电机的变频调速系统中，它控制的目的是使逆变器输出的三相电压形成的磁链轨迹按照圆形变化，这样电机才能连续稳定的转动。SVPWM控制效果比SPWM控制要好，但是比SPWM控制复杂。4.5、基于S

9、PWM闭环控制的逆变器仿真五、直接并网型逆变器的输出直流分量研究5.1、输出直流分量产生的原因功率开关器件的性能参数不一致参考电流信号中含有直流分量控制系统的器件的离散参数5.2、输出直流分量的消除方法研究硬件法消除输出直流分量软件法消除输出直流分量虚拟电容法消除直流分量5.2.1、硬件法消除输出直流分量通过硬件电路检测逆变器输出电流中的直流分量的大小，其次根据检测到的直流分量的大小，产生一个补偿量，这个补偿量和参考的标准正弦电流信号一起和逆变器的输出并网电流比较，通过加入这个补偿量使得逆变器的输出电流中不含直流分量。逆变器的输出直流分量的检测电路5.2.2、软件法消除输出直流分量 逆变器输出

10、电流中含有直流分量的原因是因为在输出正弦波的电流信号的正半周内驱动功率开关的PWM信号的脉冲宽度和不等于正弦波负半周驱动PWM信号的脉宽和。因此可以通过计算输出正弦波电流信号正负半周内的驱动功率开关的PWM信号脉冲宽度的和，以此来判断逆变器输出电流中是否含有直流分量以及直流分量的极性，根据直流分量的极性来调整调制波，以减小输出直流分量。5.2.3、虚拟电容法消除直流分量半桥式逆变结构全桥式串联滤波电容逆变结构串联隔直电容的全桥逆变器的电流控制器在不改变上图中电流控制器传递函数的情况下，对系统结构框图进行调整采用虚拟电容的全桥逆变器总结1、本文研究了一种采用中频变压器的直接并网型逆变器，提出了一种减小中频变压器整流滤波电感