单级式双Buck全桥光伏并网逆变器的设计
单相光伏并网逆变器的设计
单相光伏并网逆变器的设计
在设计单相光伏并网逆变器时，首先要确定逆变器的额定功率。
根据
光伏电池板的额定功率和数量，可计算出所需的逆变器功率。
此外，还需
要考虑逆变器的最大功率点跟踪（MPPT）性能，确保在不同的光照条件下
能够实时追踪光伏电池板的最大功率点，以提高系统的效率。
接下来，需要选择合适的逆变器拓扑结构。
目前常用的拓扑结构有单
级逆变器和多级逆变器。
单级逆变器结构简单，但效率较低，适用于小功
率应用；而多级逆变器结构复杂，但效率较高，适用于大功率应用。
根据
实际需求来选择适合的拓扑结构。
另外，在设计过程中还需要考虑到逆变器的控制策略。
一种常用的控
制策略是相位锁定环路（PLL）控制。
PLL控制可以确保逆变器输出的交
流电与公共电网同步，以避免发生干扰或相位不匹配。
此外，还需要考虑
到电流控制、电压控制、频率控制等方面的控制策略。
同时，逆变器的可靠性也是设计过程中需要考虑的重要因素。
在设计
中应选择可靠性较高的元件和材料，同时进行充分的散热设计，以确保逆
变器在长时间运行时不会过热受损。
最后，还需要在设计中考虑到逆变器的通信接口和监控系统。
逆变器
通常需要具备与电网通信以实现并网功能，并提供与用户的通信以方便监
控运行状态和故障诊断。
综上所述，单相光伏并网逆变器的设计需要考虑到逆变器的额定功率、拓扑结构、控制策略、可靠性以及通信接口等因素。
只有在全面考虑这些
因素的前提下进行设计，才能确保逆变器的性能和可靠性，并实现可持续
发展。
光伏逆变器的设计与控制
光伏逆变器的设计与控制光伏逆变器是在光伏发电系统中至关重要的一部分，它负责将由光伏组件产生的直流电转变为交流电供应给电网或负载。
在光伏逆变器的设计与控制过程中，需要考虑电流、电压、频率等多个因素，以确保逆变器的高效运行和安全性。
本文将详细介绍光伏逆变器的设计和控制方法。
一、光伏逆变器的设计1. 逆变器拓扑结构设计逆变器的拓扑结构决定了其工作性能和效率。
典型的逆变器结构包括单相桥式逆变器、三相桥式逆变器、多级逆变器等。
在选择逆变器拓扑时，需要考虑系统的功率要求、设计成本、效率等因素。
2. 开关器件选择逆变器的开关器件是实现电能转换的核心组件，常用的有IGBT、MOSFET等。
在选择开关器件时，需要考虑其导通压降、开关速度、损耗等因素，以确保逆变器的性能和效率。
3. 控制电路设计逆变器的控制电路决定了其电流与电压的调节性能。
常用的控制电路有电压闭环控制和电流闭环控制。
其中，电压闭环控制通过反馈系统控制输出电压，电流闭环控制通过反馈系统控制输出电流，可以实现更精确的电流控制。
4. 滤波器设计在光伏逆变器的输出端需要加入滤波器来滤除谐波和噪声。
滤波器的设计应考虑其频率特性和衰减特性，以确保逆变器输出的交流电质量良好。
二、光伏逆变器的控制1. MPPT算法最大功率点追踪（MPPT）是光伏逆变器控制的重要环节。
光伏组件的输出功率与光照强度、温度等因素相关，MPPT算法通过不断调整逆变器的工作状态，追踪出光伏组件的最大功率点，从而提高光伏系统的整体效率。
2. 电网连接控制光伏逆变器通常需要与电网连接，与电网进行同步运行。
在电网连接控制中，需要考虑电压频率、相位等因素，确保逆变器输出的交流电与电网保持同步，并满足电网的电压、频率等要求。
3. 故障保护光伏逆变器的故障保护是确保逆变器安全运行的重要环节。
常见的故障包括过压、过流、短路等，逆变器应具备对这些故障进行检测和保护的能力，同时及时发出警报并停机，以避免损坏设备或危害人身安全。
光伏发电系统中逆变器方案的设计
光伏发电系统中逆变器方案的设计对于光伏发电系统来说，逆变器是一个至关重要的组成部分。
它负责将由太阳能光伏电池产生的直流电转换为交流电，以便供应给家庭、企业等电网使用。
因此，逆变器的设计方案必须经过谨慎的考虑和详细的规划。
本文将详细讨论光伏发电系统中逆变器方案的设计，并提供一步一步的回答。
第一步：确定系统需求在设计逆变器方案之前，首先需要确定系统的需求。
这包括所需的输出功率、电压和频率等。
根据需求，可以选择适合的逆变器类型，如独立式逆变器、并网式逆变器或混合式逆变器。
第二步：选择逆变器类型根据系统需求和实际情况，选择适合的逆变器类型。
独立式逆变器适用于没有电网供电的场所，它可以将直流电转换为交流电，供应给内部设备使用。
并网式逆变器适用于将太阳能发电系统与电网连接起来的场所，它可以将直流电转换为交流电，并将多余的电力注入到电网中。
混合式逆变器则是两者的结合，适用于同时具备独立供电和并网供电的场所。
第三步：确定逆变器容量逆变器容量是指逆变器可以承载的最大功率。
根据系统需求和实际情况，确定逆变器的容量。
一般来说，逆变器的容量应略大于系统的峰值功率需求，以确保逆变器可以稳定运行并承载额外的负载。
此外，逆变器的容量还应考虑光伏电池组的数量和输出功率。
第四步：选择逆变器拓扑结构逆变器拓扑结构是指逆变器内部电路的连接方式和电子元件的布局。
常见的逆变器拓扑结构有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器和多级逆变器等。
选择逆变器拓扑结构时，需要考虑功率密度、效率、可靠性等因素。
第五步：设计逆变器控制策略逆变器的控制策略决定了其工作方式和性能。
常见的逆变器控制策略包括脉宽调制（P W M）控制、电流控制和电压控制等。
选择适合的控制策略时，需要考虑输出电压的稳定性、谐波失真等因素。
第六步：选择逆变器的电子元件逆变器的电子元件包括功率开关器件、驱动电路、滤波电路等。
选择适合的电子元件时，需要考虑功率损耗、效率、成本等因素。
第七步：优化散热设计逆变器在工作过程中会产生大量的热量，因此散热设计是非常关键的。
基于单周定频滑模控制的双Buck全桥并网逆变器
０ 引 言
随着 能源 问题 的 出现和人 们对 环保 的 日益重
波形 由于受 用 电设备 的污染 ， 不是 纯正 弦波形 ， 并
故还 必须保 证进 网 电流波形 质 量不受 电 网电压 波 动 的影 响 。 因此 ， 网逆变 器控 制方 法 的研 究 并
ｂｉｇ ｒｄｃ ｎ ｅｔｄｉｖ ｒ ｒｓ ｏ ｅ ｏ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ａ ｄ ｓａｉ ｅｆｒ ｎ ｅ ｒ ｅｇｉ—ｏ ｎ ｃｅ ｎ ｅｔ ｈ ｗ ｄｇ ｏ ｙ ａ ｃ ｎ ｔｔ ｐ ｒｏｍａ ｃ ，ｗｈｃ ａ ｅｙｇ ｏ ｎ ｉｉ ｒ ｂｌｙ ｄ ｅ ｃ ｉｈ ｈ ｄｖ ｒ ｏｄ ｉｈｂｔ ｙａ ｉｔ ｏ ｉ
Ｈ ＯＵ ｈｙ ｎ Ｓ Ｓ ｉｉ ｇ， ＯＮ Ｇ ， ＺＨＡＮ Ｇ ｕ ｎ Ｃｈ ａ ｇ
（ ｔｔ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆＰ ｗ ｒＴ ａ ｓ ｓ ｉｎ Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｓ ａ ｅ Ｋｅ ａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｏ ｅ ｒ ｎ ｍｉｓ ｑ ｉｍｅ ｔ＆ Ｓ ｓｅ Ｓ ｃ ｒ ｙ ａ ｄ ｏ ｙ ｔｍ ｅ ｕ ｉ ｎ ｔ
要 ： 过 结 合 单 周 控 制 和 滑 模 榨 制 得 到单 周 定 频 滑 模 控 制 ， 在 分 析 双 Ｂ ｃ 通 并 ｕｋ 侯 世 英 （ ９２ ） １６ 一 ，
女 ， 授 ， 要 从 事 教 主 控 制理 论 应 用 和 电 力 电 子 技 术 在 电力
全 桥 并 网 逆 变 器工 作 原 理 的 基础 上 ， 点 研 究 了 该 拓 扑 的 单 周 定 频 滑 模 控 制 。仿 真 结 重 果表 明 ， 新 控 制 方 法 下 的 双 Ｂ ｃ 桥 并 网逆 变器 对输 入 扰 动 和 电 网 扰 动 都 具 有很 好 在 ｕｋ全 的抑 制能 力 ， 现 出 很好 的 动 态 和 稳 态 性 能 ， 输 出 并 网 电 流 波 形 谐 波 含 量 低 ， 形 质 表 且 波 量 好 ， 一 种 具 有 高 性 能 的并 网逆 变 电 源 。 是
单级式单相太阳能光伏并网逆变系统的设计
单级式单相太阳能光伏并网逆变系统的设计摘要：转换效率是太阳能光伏并网逆变系统的关键技术问题。
当前，多级式变换的拓扑结构多被系统采用，尽管其结构控制较为简单，但由于变换级数的增加，难于提高该结构的转换效率。
因此，拥有高效低功耗、高可靠性、电路简单等诸多优点的单级式拓扑结构越来越成为太阳能光伏并网逆变系统设计的第一选择。
关键词太阳能；光伏；单级式拓扑结构；并网逆变系统；滤波近年来，为缓解常规能源消耗和能源结构不合理等问题，太阳能光伏发电作为新能源核心产业发展迅速，且逐渐以供应分布式能源的主体为目标。
并网系统与独立系统是太阳能光伏发电系统的两种主要方式，而并网系统主要被作为分布式或者集中式的太阳能发电站来应用。
光伏发电系统的储能设备使用的是蓄电池，并不与电网直接连接，白天储存其太阳能电池需要输出的电能，而夜晚向供电负荷直接提供电力。
本文就单级式单向太阳能光伏并网逆变系统进行分析讨论。
因单级式太阳能光伏并网逆变系统在控制时既要对并网电流的相位和幅值进行控制，且还要对太阳能电池最大功率点进行跟踪，因此，提高系统工作安全性和稳定性及整个系统的工作效率，是目前太阳能光伏并网逆变系统中主要面对的问题。
另外，由于控制系统相对复杂实际应用中较少采用该拓扑结构。
但与多级式系统相比，单级式系统工作效率要高许多，而工作效率是太阳能光伏发电系统中极其关键的。
随着现代数字信号处理技术以及电力电子技术的迅猛发展，克服系统拓扑结构带来的控制难题也成为可能。
1设计MPPT控制方案日照温度和强度会对光伏阵列的开路电压和短路电流造成影响，如带来系统效率降低等问题。
为了对太阳能进行充分利用，MPPT方式必须应用于并网逆变系统中，以便于在任何环境下，光伏阵列能够得到最大功率输出。
虽然有诸多光伏阵列的最大功率跟踪方法，但现阶段应用较多的有：模糊控制法、间歇扫描法、电导增量法、扰动观测法、恒定电压法等。
方法各有千秋，具体应用时要根据系统所处环境进行选择。
buck-boost同步整流电路在光伏并网逆变器中的应用
10/15
电压驱动型同步整流：通常采用输出滤波电感的电压或变压器副边绕组的输 出端电压信号，经过处理后驱动MOS管，有时通过增加辅助绕组来产生驱 动信号。同步整流管的驱动电压波形受输入电压范围影响较大，而且主电路 拓扑不同需要的驱动方式也会有差异，驱动电路不具普适性
西安工程大学自动化及电力电子研究室
2/15
二、光伏并网逆变器的主电路拓扑
可按并网电压的相数单相并网逆变器拓扑、 三相并网逆 变器拓扑。 可根据能量传输的级数，分为单级式并网逆变器拓扑、两 级式并网逆变器拓扑和多级式并网逆变器拓扑。 可按照是否起到电气隔离作用，分为非隔离型和隔离型， 其中隔离型按隔离变压器的类型又分为高频隔离型和工频 隔离型。
西安工程大学自动化及电力电子研究室
3/15
非隔离型并网逆变器拓扑结构如1所示，这种逆变器结构简单， 成本低廉。由于除去了隔离变压器，所以其转换效率较高。但是非 隔离型并网逆变器存在一些问题，例如存在漏电流
图1非隔离型
工频隔离型并网逆变器结构如图2所示，在逆变器与电网之间放 置了工频变压器。这样的结构可以有效地阻止逆变器输出电流中的 直流分量注入到电网当中，可以减小对电网的污染并提高系统的安 全性。但是工频变压器存在体积大、效率低，成本高等问题。
图7 buck-boost电路
BUCK-BOOST工作两种状态：
开关管开通时的等效电路
开关管关断时的等效电路
西安工程大学自动化及电力电子研究室
8/15
由光伏并网逆变器入网认证标准可知，其转换效率必须大于96%， 由于后级采用工频逆变，所以后级逆变桥的开关损耗很小，所以整 体方案的损耗主要集中在前级的DC-DC变换器中
浅论单相双级式光伏并网逆变器
浅论单相双级式光伏并网逆变器单相双级式光伏并网系统就是用直流电和可变电阻来模拟太阳能电池的输出特性曲线，根据其工作原理来分析理论上的可行性，并进一步提出改进的变步长占空比扰动法，这样能有效提高快速性还有高效性。
逆变器是以DSP为核心的并网策略，设计有并网逆变器电压、电流双闭环控制系统。
双环中的外环是直流电来控制的，直流输入更加稳定。
而内环则是并网电流控制的，输出电流与电网电压频率相同，相位也相同。
现在还有一种有效跟踪锁相精度的软硬件组合的改进方法。
而根据实验的结果，能发现并网逆变器可以最大功率进行点跟踪，还可以使输出电流的精确跟踪电网电压。
标签：单相双级式光伏并网逆变器；最大功率点跟踪；锁相环太阳能是目前来说最清洁、规模最大、前景最好的可再生能源之一，太阳能光伏利用是很重要的发展走势。
另外，高性能数字信号处理器（DSP）也使得一些控制策略能应用与光伏并网逆变器。
而对太阳能并网的发电系统重要部分就是最大功率点跟踪MPPT（Maximum Power Point Traching）还有并网控制策略来进行一个更为深入的研究。
1 单箱双极式光伏并网系统为了让太阳能电池实现最大化的效率，能将太阳能转化成电能，就必须对其进行MPPT。
其中，光照强度、环境温度等都是不可控的条件，并且变化周期比较长，因此对MPPT的控制有很多不便之处。
怎样能模拟太阳能电池的输出特性，能够使其简化研究中一些过程，还要控制其工作点来实现大功率输出是现在需要解决的一个问题。
以TMS320LF2407为例，由光伏阵列，DC/AC逆变环节，DC/DC变换环节，隔离变压器还有负载构成系统。
DC/DC用来完成光伏阵列MPPT控制，DC/AC 完成直流逆变为交流。
随后还要完成系统并网运行。
Boost升压电路用在前级DC/DC中，由二极管，开关管，电感和电容所组成。
当开关通时，二极管反偏，阵列向电感储存一定的电能，电感电流增大。
开关关闭时，二极管导通，电感和阵列一起供给能量给电容，电感电流变小。
单级式串联型输出双Buck全桥并网逆变器的设计
单级式串联型输出双Buck全桥并网逆变器的设计
全桥逆变器具有拓扑简单、成本较低的特点，因此得到广泛应用，但其逆变效率低，输出波形质量差。
分析了户用型单级式双Buck全桥光伏并网逆变器的工作原理，实验中以变步长功率扰动观察法实现光伏系统的最大功率输入，并在逆变环节采用双Buck全桥拓扑结构以提高逆变效率，改善并网质量。
整个系统采用带前馈补偿的电流内环、电压中环及最大功率点跟踪(MPPT)功率外环的三环控制策略，并在Matl ab仿真平台上验证了系统控制策略的正确性。
制作了一台1.3 kW光伏并网逆变器样机，并网电流总谐波畸变率接近3%。
引言
并网逆变器作为电网和光伏阵列的主要接口设备，其性能决定着整个光伏发电系统的性能。
光伏并网发电系统中的主要问题是如何提高系统工作效率及改善并网波形质量。
常见的单相光伏并网逆变器按照其功率拓扑级数可分为单级式、两级式和多级式。
由于单级式逆变器只有一个能量变换环节，故其工作效率最高。
常见的单级式桥式逆变器同一桥臂的上下开关管可能存在直通情况，降低了系统的可靠性，为防止直通情况的出现，需在驱动信号间加入死区，这就造成输出电流波形畸变;另一方面桥式逆变器中无独立的续流二极管，MOSFET和IGBT体二极管反向恢复时间长，造成开关管的开关损耗较大，且开关管的驱动频率不能过高。
而双Buck逆变器可以解决上述问题，且所有功率管和电感在半个输出周期高频工作。
由于双Buck半桥逆变器存在直流侧电压利用率低的问题，这里以串联型输出的双Buck全桥逆变器模型为研究对象，提出了带前馈补偿的电流内环、电压中环及MPPT功率外环的三环控制结构，基于Matlab仿真平台验证。
半周控制双Buck-Boost单级逆变器
半周控制双Buck-Boost单级逆变器嵇保健;洪峰【摘要】本文提出了一种新颖的双Buck-Boost单级逆变器。
单级式逆变器相比传统的两级式逆变器,拓扑结构大大简化,减小了体积重量,降低了损耗,在中小功率场合中的应用具有明显的优势。
同时传统单级逆变器不能直接实现升压逆变,在输入母线电压较低时必须增加前级升压电路。
针对以上情况,本文通过将两个Buck-Boost电路采用输入串联、输出并联的方式组合,得到一种新型的双Buck-Boost 逆变器,并采用半周工作方式使其正常可靠工作,可实现单级直接升压逆变。
文中对该电路的工作原理和控制策略进行了详细的分析。
仿真和实验验证了新型电路的可行性。
该电路在输入母线电压低于输出电压的宽电压范围内均能正常逆变,并取得了较好的波形质量和较高的变换效率。
%A novel half load-cycle worked dual Buck-Boost single-stage inverter is presented in this pared with the traditional two-stage inverter,the single-stage inverter is smaller and lighter due to the structure is greatly simplified as well as the circuit components are reduced a lot.Direct boost DC-AC converter can not be realized by most traditional inverter,so one DC-DC converter has to be added in the front of traditional inverter when input bus voltage is low.In order to obtain one single-stage inverter which can make direct boost inverter come true,two Buck-Boost topologies are combined which are series-wound in input side and parallel connected in output side.Special half load-cycle control mode is used in this new inverter.No matter the input bus voltage is higher or lower than the output voltage,the new inverter works normally and reliably and the output waveform is good,theconverter efficiency is high at the same time.Simulation and Experiment verifies those analysis.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2011(026)011【总页数】8页(P53-60)【关键词】逆变器;单级;升降压;控制【作者】嵇保健;洪峰【作者单位】南京工业大学自动化与电气工程学院,南京210009;南京航空航天大学信息科学与技术学院,南京210016【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言对于交流输出的太阳能和风力发电装置而言，逆变器是必需的组成部分。
光伏逆变器电路拓扑优化设计与实现
光伏逆变器电路拓扑优化设计与实现光伏逆变器是将太阳能电池板输出的直流电转换为交流电的关键设备。
在光伏逆变器的电路设计中，合适的拓扑结构对于提高系统的功率密度、效率和可靠性至关重要。
本文将介绍光伏逆变器电路拓扑的优化设计和实现。
一、光伏逆变器的拓扑结构光伏逆变器常用的拓扑结构有单相桥式逆变器、升压逆变器、降压逆变器和多电平逆变器等。
每种拓扑结构有其适用的应用场景和性能特点。
在进行拓扑优化设计时，需要综合考虑功率密度、效率、可靠性和成本等因素。
二、拓扑结构优化设计1. 单相桥式逆变器单相桥式逆变器是最常用的拓扑结构之一。
它具有简单的电路结构和较高的效率，适用于小功率的应用。
在优化设计中，可以采用全桥式逆变器替代半桥式逆变器，提高系统功率密度和效率。
2. 升压逆变器升压逆变器适用于需要将光伏发电系统的输出电压提高到更高水平的应用。
在优化设计中，可以采用多级升压逆变器结构，以降低每级开关器件的电压压力，提高系统的效率和可靠性。
3. 降压逆变器降压逆变器适用于需要将光伏发电系统的输出电压降低到更低水平的应用。
在优化设计中，可以采用多级降压逆变器结构，以降低每级开关器件的电流负载和损耗，提高系统的效率和可靠性。
4. 多电平逆变器多电平逆变器具有更高的输出质量和效率，适用于高功率应用。
在优化设计中，可以采用多电平逆变器的结构，通过增加电压级数和控制技术来减小电路中开关器件的开关损耗，提高系统的效率和可靠性。
三、拓扑优化设计的方法1. 基于数学建模的优化设计方法可以通过建立逆变器电路的数学模型，利用数学优化方法对电路参数进行优化设计。
例如，可以使用遗传算法、粒子群算法等进行参数寻优。
2. 基于仿真和实验验证的优化设计方法可以利用电路仿真软件对不同拓扑结构进行性能评估和比较。
通过调整电路参数和拓扑结构，找到最佳的设计方案。
同时，还需通过实验验证来验证仿真结果的准确性。
3. 基于先进控制技术的优化设计方法可以采用先进的控制技术（如最大功率点跟踪、预测控制、谐振控制等）来提高光伏逆变器的效率和稳定性。
光伏逆变器拓扑结构及设计思路
光伏逆变器拓扑结构及设计思路光伏逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，在光伏发电系统中起到重要作用。
它的主要功能是将光伏电池板产生的直流电转换为交流电，以满足电网的要求。
同时，逆变器还需要具备稳定可靠、高效节能等特点。
本文将介绍光伏逆变器的拓扑结构及设计思路。
光伏逆变器的拓扑结构主要有单相桥式、三相桥式、多电平桥式、谐振桥式等。
其中，单相桥式是应用最广泛的一种拓扑结构，主要由四个IGBT（绝缘栅双极性晶体管）和四个二极管组成，用于将直流电转换为交流电。
相位控制是单相桥式逆变器的主要控制策略，它可以通过改变IGBT的通断来控制输出交流电的相位和频率。
三相桥式逆变器类似于单相桥式逆变器，但是它由六个IGBT和六个二极管组成，可以实现三相交流电的输出。
多电平桥式逆变器可以通过增加IGBT和二极管的数量，来实现更精确的逆变控制，从而提高逆变器的输出质量。
谐振桥式逆变器是一种利用谐振原理工作的逆变器，具有高效、低开关损耗等优点。
在光伏逆变器的设计过程中，需要考虑以下几个方面。
首先是功率选择，即根据光伏电池板的额定功率和输出功率需求，确定逆变器的额定功率。
其次是控制策略选择，即确定逆变器的工作方式和控制算法，可以选择PWM控制或者谐振控制等方式。
同时，还要考虑逆变器的效率、稳定性等性能指标，尽量提高逆变器的工作效率，并通过合理的电路设计和控制策略来提高逆变器的稳定性。
最后是滤波和保护电路的设计，逆变器输出的交流电需要进行滤波处理，以去除谐波和杂波成分，并且需要设计相应的保护电路，以提高逆变器的安全性和可靠性。
总之，光伏逆变器的拓扑结构和设计思路需要根据具体的应用需求进行选择和确定。
在设计过程中，需要考虑功率选择、控制策略选择、效率和稳定性等方面的问题，并通过合理的电路设计和控制策略来提高逆变器的性能和可靠性。
光伏逆变器的发展将进一步推动光伏发电技术的应用，为可持续能源的开发和利用做出贡献。
一种新型的单相双Buck光伏逆变器的设计方案
一种新型的单相双Buck光伏逆变器的设计方案
引言
太阳能作为一种无污染的能源，有关其利用的研究一直是人们研究的热点。
为了提高太阳能的电能转化效率，光伏并网逆变器的研究是光伏利用的重点。
对于光伏并网逆变器，其拓扑结构按照变压器可以分为：
高频变压器型，工频变压器型和无变压器型。
高频变压器体积小，重量轻，效率高，但是控制较为复杂;工频变压器体积大，重量重，结构简单;为了
能够提高光伏并网系统的效率和降低成本，在没有特殊要求的时候可以采用无
变压器型的拓扑结构。
但是，由于没有变压器，输入输出没有电气隔离，光伏
模块的串并联构成的光伏阵列对地的寄生电容变大，而且该电容受外界环境影
响较大，由此产生的共模电流将会很大，对于漏电流的研究，现已有多种解决
方案：当全桥逆变器采用单极性调制方式时，存在一开关频率脉动的共模电压，而采用双极性调制方式时，共模电压不变，其幅度等于母线电压的一半;在半桥
逆变器中，对地寄生电容电压亦被输入分压大电容钳位在母线电压的一半，基
本保持不变。
这些都是基于桥式电路解决漏电流的方法，近年来出现了一种双Buck逆变器结构，这种逆变器具有无桥臂直通，体二极管不工作，双极性工作等突出特点，因而应用广泛。
本文提出一种新型的三电平双Buck逆变器的方案，并置定相应的控制策略实现最大功率点的跟踪和并网控制。
三电平双Buck逆变器的总体方案
如
通过在双Buck逆变器拓扑结构上进行优化，用两个功率管和快恢复型
二极管的组合开关电路(即S1&S3&D3和S4&S2&D4)替代原先的桥臂上的功率管。
得到如。
一种适用于小功率可再生能源的单相高频双Buck全桥并网逆变器
一种适用于小功率可再生能源的单相高频双Buck全桥并网逆变器孟准;王议锋;杨良【摘要】A single-phase high frequency dual-Buck full-bridge inverter for small-scale renewable source application is proposed in this paper.Based on the entire SiC power switches,the proposed inverter can operate in a high frequency at 100 kHz,and thus both the inductor volume and the ripple of the grid-connected current are reduced.This paper also analyzes the control strategy of the inverter,where a voltage-current dual loop controller is employed.In the current loop,a three-pole-three-zero (3P3Z) compensator is applied to make sure that the grid-connected current can fast track the current reference generated by the voltage loop.A simple linearization algorithm is also adopted to calculate the controlling duty cycle,to achieve high frequency operation.Besides producing the current reference,the voltage loop employs a two-pole-two-zero (2P2Z) compensator to stabilize the bus voltage at the voltage reference,so that the inverter can delivery power to the grid and regulate bus voltage simultaneously.Moreover,a second-order generalized integrator software phase lock loop (SOGI-SPLL) is used to generate the phase signal,which has the same phase with grid voltage.At last,prototype experiment has verified the theoretical analyses.%提出一种适合小功率可再生能源并网发电应用的单相高频双Buck全桥并网逆变器.基于全碳化硅(SiC)功率器件,逆变器工作频率可达100kHz,有效减小了电感体积,同时使并网电流纹波降低.进一步分析逆变器的控制策略:采用电压电流双环控制,在电流环利用一种三极点三零点(3P3Z)控制器使得受控并网电流快速跟踪电压环产生的电流给定,并采用一种简单线性化算法快速产生控制占空比信号,实现高频变换;电压环采用双极点双零点(2P2Z)控制器,在产生电流内环给定幅值的同时,控制输入侧直流母线电压稳定在电压给定值,使得逆变器能够向电网传输能量的同时维持母线电压恒定;逆变器采用一种二阶广义积分软件锁相环(SOGISPLL)产生与电网电压相位相同的相位信号.最后,通过实验样机对逆变器理论分析的有效性进行了验证.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)008【总页数】9页(P220-228)【关键词】碳化硅功率器件;并网发电;双Buck逆变器;高频变换;软件锁相环【作者】孟准;王议锋;杨良【作者单位】天津大学智能电网教育部重点实验室天津 300072;天津大学智能电网教育部重点实验室天津 300072;天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072【正文语种】中文【中图分类】TM464户用分布式能源因其成本低、灵活性强等优点成为当下研究的热点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要： 全桥逆 变器 具有拓 扑简单 、 成本较 低 的特点 ， 因此 得到 广泛 应用 ， 但 其逆 变效 率低 ， 输 出波形质 量差 。分
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ ４ ６ ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ — １ ０ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ５ ２ — ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ・ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ Ｄｕ ａ ｌ ・ Ｂｕ ｃ ｋ Ｆｌ ｌ ｌ ｌ － ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ＰＶ Ｇｒ ｉ ｄ－ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
Ｆ ＡＮ Ｘｉ ａ ｏ — ｈ ｕ ，Ｚ ＨＵ Ｍｕ － ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ，ＮＩ Ｅ Ｓ ｈ ｉ － ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ，ＡＮ Ｗｅ ｎ — ｑ ｉ ａ ｎ
（ １ ． Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｆ ｏ Ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｉ ｏ ｎ ，
光 伏 并 网 发 电 系 统 中 的 主 要 问题 是 如 何 提 高 系
恢 复 时间长 ， 造成 开 关管 的开 关损耗 较 大 ， 且 开 关 管 的驱 动 频 率 不 能过 高［ ３ ］ 。而 双 Ｂ ｕ ｃ ｋ逆 变 器 可
以解 决 上 述 问题 ． 且 所 有 功 率 管 和 电感 在 半 个 输
研 究方 向为新 伏 并 网逆 变 器 的 设 计
Ｖ Ｄ 构 成 一 个 Ｂ ｕ ｃ ｋ电 路 ； Ｖ ， Ｌ ， Ｖ Ｄ ２构 成 一 个 Ｂ ｕ ｃ ｋ电路 。两 个 双 Ｂ ｕ ｃ ｋ半 桥 逆 变 器 输 入 并 联 ， 接 Ｐ Ｖ输 入 端 ． 输 出 串联 接 电 网 ， 组 成 了双 Ｂ ｕ ｃ ｋ全 桥 逆变器 ． 克 服 了双 Ｂ ｕ ｃ ｋ半 桥 逆 变 器 直 流 侧 电压 利 用 率 低 的 问题 ． 实 现 了 两个 双 Ｂ ｕ ｃ ｋ半 桥 逆 变 器 均 压、 均 功 率 输 出 。 由于 双 Ｂ ｕ ｃ ｋ逆 变 器 需 要 的 电感 个 数 较 多 ，设 计 中采 用 磁 集 成 技 术 来 减 小 电感 的 体积和重量【 ６ ］ 。 降 低 电感 的功 率 损 耗 。
馈 补偿 的电流 内环 、 电压 中环 及最 大功 率点 跟踪 （ ＭＰ Ｐ Ｔ） 功 率外环 的三环控 制策 略 ． 并在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ仿 真平 台上 验 证 了系统 控制策 略 的正确性 。制 作了一 台 １ ． ３ ｋ Ｗ 光伏 并 网逆 变器样 机 ， 并 网 电流 总谐波 畸变率 接近 ３ ％。 关键词 ： 逆变 器 ；光伏 并网 ：最大功 率点跟 踪
了研 究 ， 最终设计了一台实验装 置。
２ 串联 型 输 出 双 Ｂ ｕ ｃ ｋ全 桥 逆 变 器
单相单 级式 串联型 输 出的双 Ｂ ｕ ｃ ｋ全 桥 光 伏 并 网逆 变 器 主 电路 拓 扑如 图 １ 所 示【 ５ １ 。 其中 ， Ｖ ， Ｌ ，
作 者简 介 ： 范 小虎 （ １ ９ ８ ８ 一） ， 男， 湖 北黄 冈人 ， 硕 士研 究 生 ，
ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｉ ｒ ｎ ｇ ， ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｍａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ （ ＭＰ Ｐ Ｔ）ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏ ｏ ｐ ． Ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｌ ａ ｆ ｔ ｏ ｒ ｍ ｔ ｏ ｖ ｅ ｉ ｒ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｒ ｔ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｍａ ｋ ｉ ｎ ｇ ａ １ ． ３ ｋ Ｗ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｈ ａ ｉ ｃ ｇ Ｉ ｉ ｄ － ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ —
Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｗｅ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆＳ ｏ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ，Ｍｉ ｇ ｎｙ ａ ａ ｎ ｇ ６ ２ １ ０ １ ０，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｆ ｕ ｌ ｌ — ｂ ｉｄ ｒ ｇ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ． １ ｏ ｗ・ ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｗ ｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ． Ｂ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｌ ｏ ｗ， ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｗ ａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｓ ｐ ｏ ｏ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｄ ｕ ａ ｌ — Ｂｕ ｃ ｋ ｈ ｏ ｕ ｓ ｅ ｈ ｏ ｌ ｄ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｇ ｉｄ ｒ — ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｄ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｇ ｅ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｈ ａ ｉ ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｗｅ ｒ
Ｂ ｕ ｃ ｋ ｆ ｕ ｌ ｌ — ｂ ｉｄ ｒ ｇ ｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｉ ｓ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｕ Ｓ ｅ Ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｉ ｅ ｙ ｃ ｌ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｆ ｅ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ
基金项 目 ： 制 造 过 程 测 试 技 术 教 育 部 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资助 （ １ ０ ｚ ｘ ｚ ｋ ０ ２ ）
定 稿 日期 ：２ ０ １ ２ 一ｌ １ —０ ８
桥逆变器模型为研究对象 ．提 出了带前馈补偿 的
电流 内环 、 电压 中环 及 ＭＰ Ｐ Ｔ功率 外 环 的三环 控 制 结构 ， 基 于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ仿 真 平 台验 证 了系 统 控 制 策 略 ， 并对 并 网逆 变 器 的 ＭＰ Ｐ Ｔ及 逆 变 桥 驱 动 方 法 进 行
析 了户用 型单级式双 Ｂ ｕ ｃ ｋ全桥 光伏 并 网逆 变器 的工作 原理 ， 实 验 中以变步长 功率扰 动观 察法实 现光 伏系统 的 最大 功率 输入 。 并在逆 变环 节采 用双 Ｂ ｕ ｃ ｋ全桥 拓 扑结 构 以提 高逆 变效 率 ， 改 善并 网质量 。整 个系 统采 用带 前
Ｆ ｕ ｎ ｄ （ Ｎ ｏ ． １ ０ ｚ ｘ ｚ ｋ ０ ２ ）
ｌ 引 言
输 出 电流 波 形 畸变 ： 另 一 方 面 桥 式 逆 变 器 中 无 独
立 的续 流 二 极 管 ． ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ和 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ体 二 极 管 反 向
并 网逆 变 器 作 为 电 网和 光 伏 阵 列 的 主 要 接 口 设 备 ，其 性 能 决 定 着 整 个 光 伏 发 电 系 统 的性 能 。
Ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ： Ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｔ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｍａ ｎ ｕ ￣ｅ ｔ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａｉ ｏ ｎ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｙ ｒ
ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｚ ｅ ｐ ｅ ｔｕ ｒ ｒ ｂ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｏｖ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ， ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｄ ｕ ａ ｌ —
ＰＶ＋
图２ Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ程序 流程 图
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ＭＰ Ｐ Ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ
ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ． ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｉ ｄ— ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｔ ＨＤ ｖ ｌｕ ａ ｅ ｉ ｓ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｔ ｏ ３ ％． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｉ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ ；ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｈ ａ ｉ ｃ ｇ ｉ ｒ ｄ — ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ；ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ
统 工 作 效 率 及 改善 并 网波 形 质 量 。常 见 的单 相 光 伏 并 网 逆 变 器 按 照 其 功 率 拓 扑 级 数 可 分 为 单 级 式、 两 级 式和 多 级式 ＿ ｌ Ｊ 。 由于单 级 式逆 变器 只 有一 个 能量变换环节， 故其工作效率最高【 ２ １ 。常 见 的单 级