【正文】 更高。輸出并聯(lián)型單級(jí)逆變器是利用兩個(gè)DC/DC變換器通過(guò)串聯(lián)輸入和并聯(lián)輸出的連接方式構(gòu)成的，如圖（1—4）所示。像BuckBoost、Cuk等那些具有升降壓功能的變換器都能按照這種方式進(jìn)行連接，從而構(gòu)造出具有升降壓功能的逆變器。所以要想從根本上解決升降壓逆變器的構(gòu)造問(wèn)題，必須舍棄電壓型橋式逆變器的結(jié)構(gòu)，改用那些本身就具有升、降壓能力的 DC/DC變換器結(jié)構(gòu)，構(gòu)造新型的逆變器。該逆變器不要求電感和電容對(duì)稱，并且電路的參數(shù)設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單；可以通過(guò)控制橋臂直通的時(shí)間和改變耦合電感的匝比來(lái)控制該逆變器的升壓比，增強(qiáng)了它的升壓能力和電路設(shè)計(jì)的靈活性。所以不論光伏陣列的電壓是高于還是低于電網(wǎng)電壓的峰值，由該逆變器組成的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)都能正常工作。 加入無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的單級(jí)逆變器 常規(guī)的電壓型逆變器的直流通道上如果加入了無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò)，逆變器的工作狀態(tài)就可以增加，它就具備了升、降壓的功能。另一種解決方案是隔離型方案，就是在變換器中入加升壓變壓器來(lái)提高電壓等級(jí)同時(shí)也實(shí)現(xiàn)電氣隔離，但是變壓器的加入也將會(huì)增加系統(tǒng)的成本并影響整體的變換效率。 背景技術(shù) 與傳統(tǒng)的能源相比，可再生能源和新能源發(fā)電裝置的輸出功率具有波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在它們提供的直流電壓的變化范圍比較寬。光伏并網(wǎng)逆變器是將太陽(yáng)能光伏電池板中的電能通過(guò)變換器轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)規(guī)范的交流電再接入電網(wǎng)的裝置，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中起著能量變換及控制的作用。其中，由于太陽(yáng)能發(fā)電裝置具有安裝簡(jiǎn)易、運(yùn)行成本低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能已經(jīng)成為最具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦偷目稍偕鍧嵞茉?。比如說(shuō)在煤的開采過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵，以及煤燃燒的過(guò)程中產(chǎn)生的 COSO2等氣體將會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，使得酸雨和溫室效應(yīng)的現(xiàn)象更為嚴(yán)重。尤其是現(xiàn)在，它已經(jīng)成為全球社會(huì)生存和發(fā)展的必需品。在目前的能源結(jié)構(gòu)中，人類主要是利用煤和石油等化石燃料。據(jù)權(quán)威人士預(yù)計(jì)：全球的平均氣溫每10年將升高大約約 ℃，到2100年時(shí)全球的平均氣溫將升高到 ℃，這將會(huì)對(duì)人類的生存帶來(lái)極大的威脅。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展得很快，目前主要有兩種形式：光熱利用和光伏發(fā)電利用。它的結(jié)構(gòu)和性能影響著整個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、能量轉(zhuǎn)換效率及使用壽命。并且對(duì)于光伏陣列、燃料電池和小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，還具有輸出電壓等級(jí)比較低的特點(diǎn)。顯然，能夠直接實(shí)現(xiàn)可升、降壓變換的非隔離單極型方案會(huì)更加符合可再生能源和新能源發(fā)電技術(shù)的需要。無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，其中Z源逆變器是最常見(jiàn)的，如圖 （1—1）所示。 圖1—1 Z源逆變器由于 Z 源逆變器是僅通過(guò)控制橋臂直通零矢量來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓目的的，所以，它的升壓能力是有限的。 圖 1—2耦合電感單級(jí)逆變器上述的兩種基于無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的單級(jí)逆變器都可以實(shí)現(xiàn)升壓功能，但是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)本身就會(huì)使系統(tǒng)的體積、重量、成本及電路設(shè)計(jì)的難度增加。新型的逆變器有兩種連接方式，即輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)的連接方式和輸出并聯(lián)輸入串聯(lián)的連接方式。工作時(shí)兩個(gè)DC/DC變換器分別輸出帶直流偏置并且相位相反的正弦電壓，將這兩個(gè)波形進(jìn)行合并就得到了正弦波，也可以采用互補(bǔ)的工作方式來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦波輸出。它既可以工作在電流半周導(dǎo)通模式下，也可以工作在全周導(dǎo)通的模式下。除此之外，由于輸出并聯(lián)型單級(jí)逆變器采用的是串聯(lián)輸入的方式，所以它具有方便構(gòu)建三相系統(tǒng)、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)以及逆變器并聯(lián)輸出系統(tǒng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。 本文研究的主要內(nèi)容本文在仔細(xì)分析研究了Cuk型DC/DC變換器的基礎(chǔ)上，提出了輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器的拓?fù)?，仔?xì)分析研究了它的工作原理，并且采用PSIM仿真軟件對(duì)其進(jìn)行仿真。并采用PSIM仿真軟件進(jìn)行了仿真分析。45第2章 雙電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器第2章 雙電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器本文主要研究的是輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器，所以本章將詳細(xì)的介紹輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理。Cuk型變換器的電路拓?fù)淙鐖D（2—1）所示。當(dāng)L2的電流大于負(fù)載電流時(shí)電容C2處于充電狀態(tài)，當(dāng)L2的電流小于負(fù)載電流時(shí)電容C2將處于放電狀態(tài)。所以調(diào)節(jié)占空比D就能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓Vo的控制。由此可以想到如果兩個(gè)Cuk變換器分別工作在正弦波的正負(fù)半個(gè)周期，則可以得到整個(gè)正弦波，從而實(shí)現(xiàn)逆變。該二極管的作用是解除輸入電感和輸出電感之間的耦合，從而抑制了在過(guò)零點(diǎn)時(shí)的畸變，保證了輸出電流的波形良好。PWM控制方式又分兩種，即單極性控制方式和雙極性控制方式。 四種工作模式輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器在輸出電流小于零的負(fù)半周，上面的Cuk電路工作，即UinDLSCDSDLo以及負(fù)載和濾波電感Lo組成的Cuk電路進(jìn)行工作。 工作模式二：SSS4均關(guān)斷，只有S3開通，如圖2—4b)所示。出電流大于零的正半周，上面的Cuk電路工作，即UinDLSCDSDLo以及負(fù)載和濾波電感Lo組成的Cuk電路進(jìn)行工作。工作模式四：SSS3均關(guān)斷，只有S4開通，如圖2—4d)所示。a)模式一b)模式二 c)模式三d)模式四圖2—4雙電源輸入的輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器工作模式分析 參數(shù)設(shè)計(jì)本文中選定輸入電壓為200V，,開關(guān)頻率f=20kHZ，負(fù)載電阻R=20Ω，接下來(lái)就是設(shè)計(jì)電路中電感器的電感值和電容器的電容值。根據(jù)電源技術(shù)課本中介紹的Cuk電路中電感電容的取值公式計(jì)算即可。本節(jié)將對(duì)該Cuk逆變器的并網(wǎng)控制進(jìn)行研究。 閉環(huán)控制方式本文對(duì)該系統(tǒng)采用了兩種閉環(huán)控制方式，分別是電壓瞬時(shí)值閉環(huán)控制方式，和電流瞬時(shí)值閉環(huán)控制方式。 并網(wǎng)研究 光伏逆變器并網(wǎng)是太陽(yáng)能發(fā)電的重要技術(shù)途徑，本文的輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器適合于小功率的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，本節(jié)主要研究它的并網(wǎng)問(wèn)題。并網(wǎng)逆變器的輸出濾波器有三種形式，即L、LC、LCL，其結(jié)構(gòu)如圖（2—7）所示。而本逆變器中輸出側(cè)電感Lo可以承擔(dān)并網(wǎng)濾波器的功能，所以無(wú)需外加濾波電感，只要去掉電路中的電容就可以了。前面已經(jīng)詳細(xì)的研究了電流瞬時(shí)值閉環(huán)控制方式，這里正好可以用到。而電網(wǎng)電壓在實(shí)際中會(huì)含有一定的低次諧波成分，入網(wǎng)電流的質(zhì)量會(huì)受到影響。 總結(jié)本章首先從對(duì)Cuk型DC/DC變換器的仿真結(jié)果分析中，得出輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器的拓?fù)洹Ｎ闹兄亟榻B了壓瞬時(shí)值閉環(huán)控制方式的基本原理，其仿真結(jié)果將在第五章詳細(xì)介紹分析。為此，本章主要研究單電源輸入時(shí)的工作情況。如圖3—2a）所示。只是此時(shí)C3兩端電壓上升，C4兩端電壓下降。圖3—3輸出電壓及分壓電容電壓波形圖3—4輸出電壓FFT分析從仿真圖可以看出，單電源輸入時(shí)，輸出電壓有些畸變，%，正弦度不是很好，且正負(fù)幅值不相等。 冗余開關(guān)均壓法 本文介紹的輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器，各個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形如圖2—3所示，在一個(gè)工頻的周期內(nèi)，SS2各工作半個(gè)周期，但是S1工作時(shí)S2不工作，而S2工作時(shí)，S1不工作，即SS2互補(bǔ)工作。當(dāng)檢測(cè)到ΔV=VC4VC3大于一個(gè)定值h時(shí)，就讓S2 導(dǎo)通，目的是減小電容C4的電流從而減小C4的電壓上升。當(dāng)分壓電容電壓差值越大時(shí)，調(diào)制波中含有的直流分量也就越大，輸出波形的畸變也就越嚴(yán)重。其原理如圖（3—6）所示。這兩種均壓措施分別為冗余開關(guān)均壓法和調(diào)制波修正均壓法。 主電路參數(shù)設(shè)計(jì)從前面章節(jié)的分析中已經(jīng)大致了解了主電路中的電容和開關(guān)管等器件的工作情況。圖4—1 主電路 電容設(shè)計(jì)在該逆變器中CC2不僅有穩(wěn)壓的作用，而且還起著傳遞能量的作用。 第4章 硬件電路設(shè)計(jì) 開關(guān)管設(shè)計(jì)在逆變器中，開關(guān)管可以選用MOSFET和IGBT。所以SS2的耐壓至少在500V以上才行，允許的電流值至少在30A以上，并且頻率為20kHz。 控制電路設(shè)計(jì) 本節(jié)著重介紹控制電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，其中包括驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，信號(hào)發(fā)生電路的設(shè)計(jì)，輸出電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)以及死區(qū)電路的設(shè)計(jì)。這樣，工程上控制變壓器體積和電源數(shù)目大大減少, 產(chǎn)品成本大大降低，系統(tǒng)可靠性大大提高。所以，在圖（4—2）中沒(méi)畫出空端