一種連續導電模式的反激式并網逆變器設計

姚福林 陶家園 程章格 胡永貴

摘？要：按功率等級可將光伏逆變器分成兩種：分布式逆變器和集中式逆變器。其中，基于反激拓撲結構的（Flyback Converter）的逆變器具有結構簡單、功率密度較高、輸入輸出電氣隔離等優點，因此廣泛應用于分布式光伏并網逆變器中。本文首先對反激式光伏并網逆變器進行了原理分析，分析了反激式DC-AC逆變器3種不同工作模式；設計了一種連續導電模式的反激式DC-AC逆變器，包括逆變器參數以及閉環控制策略；最后對設計的反激式DC-AC逆變器進行MATLAB/Simulink仿真和實驗驗證，證明了所設計的反激式DC-AC逆變器可正常運行且符合并網標準要求。

關鍵詞：光伏并網；反激式；逆變器

0 引言

由于全球人口增長及工業化程度快速推進，導致能源需求逐年快速增長[1]。太陽能因為具備清潔、存量巨大、可再生、易獲取等優點成為新能源領域的研究熱點[2]。太陽能發電由光伏板和并網逆變器兩部分組成，其中并網逆變器作為太陽能發電的核心部件成為廣大科研機構研究的重點對象[3]。按功率等級可將光伏逆變器分成兩種：分布式逆變器和集中式逆變器[4]。相比集中式光伏并網逆變器，分布式光伏并網逆變器可靠性高、MPPT效率高、擴展靈活、安裝方便，因此分布式逆變器應用廣泛。

根據拓撲結構分類，分布式光伏并網逆變器可分為推挽式、全橋式、半橋式及反激式等拓撲類型。其中，基于反激拓撲結構的逆變器具有結構簡單、功率密度較高、輸入輸出電氣隔離等優點，因此這種拓撲結構在光伏并網逆變器中得到廣泛應用[5]。反激轉換器的工作模式可分為：斷續導電模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）、臨界導電模式（Boundary Conduction Mode，BCM）[6]及連續導電模式（Continuous Conduction Mode，CCM）。本文首先分析了反激式DC-AC逆變器三種不同工作模式，然后設計了一種連續導電模式的反激式DC-AC逆變器，設計了逆變器參數以及閉環控制策略；最后對設計的反激式DC-AC逆變器進行MATLAB/Simulink仿真和實驗驗證，證明了所設計的反激式DC-AC逆變器可正常運行且符合并網標準要求。

1 反激式光伏并網逆變器原理分析

1.1 反激式DC- DC轉換器工作原理分析

3 實驗驗證

基于前文理論與仿真分析，本文設計的反激式DC-AC逆變器實驗樣機額定并網功率為250 W。樣機核心控制器為STM32F207VET6，采用Agilent E4360A模擬光伏電池輸出曲線。

圖8所示為本文設計的連續導電模式的反激式DC-AC逆變器輸出功率為250 W時的并網電流和反激轉換器的輸出電壓波形。樣機的輸入電壓為37.4 V，如圖所示并網電流的峰值為1.6 A，輸出電壓的峰值為310 V。樣機在額定并網功率時，轉換效率為94.5%，總并網諧波畸變率THD為3.58%，符合中國質量認證中心并網標準。

4 總結

本文首先對反激式光伏并網逆變器進行原理分析，分析了反激式DC-AC逆變器三種不同工作模式；然后設計了一種連續導電模式的反激式DC-AC逆變器，設計了逆變器參數及閉環控制策略；最后對設計的反激式DC-AC逆變器進行MATLAB/Simulink仿真和實驗驗證，證明了所設計的反激式DC-AC逆變器可正常運行且符合并網標準要求。

參考文獻：

[1] 趙爭鳴，劉建政，孫曉瑛，等.太陽能光伏發電及其應用[M].北京：科學出版社，2005.

[2] 朱永強.新能源與分布式發電技術[M].北京：北京大學出版社， 2010.

[3] 李安定，呂全亞.太陽能光伏發電系統工程[M].北京：化學工業出版社，2012.

[4] KJAER S B，PEDERSEN J K，BLAABJERG F.A review of single-phase grid-connected inverters for photovoltaic modules[J].Industry Applications，IEEE Transactions on， 2005，41（5）：1292-1306.

[5] MYRZIK J M A，CALAIS M.String and module integrated inverters for single-phase grid connected photovoltaic systems-a review[C].Power Tech Conference Proceedings， 2003 IEEE Bologna，2003.

[6] ZHANG Z，CHEN M，GAO M，et al.An optimal control method for grid-connected photovoltaic micro-inverter to improve the efficiency at light-load condition[C].Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE），2011 IEEE：19-224.

[7] 張超，何湘寧.短路電流結合擾動觀察法在光伏發電最大功率點跟蹤控制中的應用[J].中國電機工程學報，2006， 26（20）： 98-102.