【文章內(nèi)容簡介】 般可分為單級式( S i n g l e S t a g e I n v e r t e r ) 和多級式(MultipleStage Inverter)兩種拓?fù)浞桨?如圖3所示。（a）（b）圖33按功率變化級數(shù)分類的逆變器拓?fù)浞桨笀D33(a)所示為單級式逆變器的結(jié)構(gòu)框圖,它僅用一級能量變換就可以完成電壓調(diào)整和并網(wǎng)逆變功能,具有電路簡單、元器件少、可靠性高和高效低功耗等諸多優(yōu)點,所以在滿足系統(tǒng)性能要求的前提下, 單級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將會是首選。圖33(b)給出了三種多級式變流器(MultipleStage Inverter)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):DC DCAC、,其中前幾級中通常具備升降壓 或電氣隔離的功能,其前級為 D C D C 變換器,用于實現(xiàn)電壓調(diào)整和M P P T 功能。后級為D C A C 逆變器,用于實現(xiàn)輸出電流正弦化并 網(wǎng)、孤島效應(yīng)檢測和預(yù)防等功能。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡化了每一級的控制方法,使得每一級可以專注于各自控 制方法的質(zhì)量和效率。 DCACDCAC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高升壓比的多級式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常是由高頻DCACDC變流器和高頻(或工頻)逆變器兩大部分組成。高頻DCACDC變流器可將PV陣列輸出的直流電壓變換成可調(diào)的直流電壓；逆變器可將該直流電轉(zhuǎn)換成預(yù)期的交流電壓。圖34(a)為一種傳統(tǒng)的DC ACDCAC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),該拓?fù)渫ㄟ^前級逆變器、高頻升壓變壓器、整流器和直流濾波器,使其后級逆變器的輸入得到了一個可控的直流電壓。由于該拓?fù)淝昂蠹壍拈_關(guān)管工作頻率都很高,從而導(dǎo)致?lián)p耗較大、成本也很高。(a)電流源型Buck逆變器(b)電壓源型Boost逆變器(c)電流源型Boost逆變器圖34 DCACDCAC拓?fù)渥鍒D34(b)為一種電壓源型Boost逆變器,它的前級由PWM控制,在前級與后級之間得到一串被稱為偽直流環(huán)節(jié)的直流脈沖序列。根據(jù)沖量原理,這些直流脈沖序列所對應(yīng)的是正弦或者半正弦波形。與圖34(a)相比,圖34 ( b ) 省去了直流濾波電路,整流后直接通過后級逆變電路可得到高質(zhì)量的交流輸出,并且其逆變電路的功率器件工作在工頻,以提高交流輸出的波形質(zhì)量,但其體積有所增大。圖34 ( a )、( b ) 所示的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的后級為電壓源 型逆變器,而圖34(c)的后級為一個電流源型逆變器,其前級開關(guān)管高頻斬波在電感上得到正半波,后級使用很低的開關(guān)頻率將電感電流調(diào)整為正弦輸出,輸出端省去了交流濾波器,中間省去了電解電容。該拓?fù)浔幻绹ㄓ秒姎夤驹?0 kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中商業(yè)化推廣。以上對多級式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明,為了增強承受PV陣列輸出電壓波動的能力、擴大容量,多級式逆變器一般包含兩級或者更多級,通常需要在前級裝設(shè)一個高頻變壓器,提高升壓的比例, 實現(xiàn)必要的隔離。后級是一個低開關(guān)頻率的逆變器,它使用的開關(guān)器件數(shù)增多,從而導(dǎo)致其開關(guān)損耗也略有加大。圖35光伏發(fā)電并網(wǎng)運行電路原理圖光伏發(fā)電并網(wǎng)運行時的電路原理如圖35所示，電網(wǎng)認(rèn)為是容量無窮大的電壓源，、分別是電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)線路阻抗、電網(wǎng)電流；控制輸出電流的并網(wǎng)逆變器看作是電流源，其輸出電流是，同時此電流也是逆變器輸出電流。負(fù)載上的電流、電壓以及阻抗分別是、。當(dāng)逆變器獨立運行時，負(fù)載作為本地負(fù)載，它的能量由逆變器單獨提供。當(dāng)逆變器并網(wǎng)運行時，負(fù)載被認(rèn)為是電網(wǎng)上的一個負(fù)載，與電網(wǎng)上其它負(fù)載一樣，只不過它的能量由電網(wǎng)和逆變器共同提供，此時逆變器的輸出電流被認(rèn)為是并網(wǎng)電流。為了能夠持續(xù)不斷地向電網(wǎng)提供電能，輸出電流必須與電網(wǎng)電壓同頻率，否則由于頻率導(dǎo)致的相位不斷變換使逆變器不能向電網(wǎng)提供一個穩(wěn)定的功率。在電網(wǎng)電壓頻率與輸出電流頻率同頻率的情況下，有: （31）因為電網(wǎng)線路阻抗非常的小，可以忽略不計，即 （32）代入式（31）得 （33）可以看出逆變器并網(wǎng)時，其輸出電壓由電網(wǎng)電壓決定。逆變器輸出的視在功率為： （34）那么逆變器輸出的有功功率和無功功率為： （35） （36）為了能達(dá)到高效功率輸入輸出的目的就要考慮功率因數(shù)，如果功率因數(shù)太低，會向電網(wǎng)中注入諧波和無功分量。為了向電網(wǎng)輸入高質(zhì)量的電能，逆變器輸出的功率中盡量增加有功功率使輸出功率因數(shù)接近1，即要求，則 （37）當(dāng)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓相位差為0，并且假設(shè)輸出電流無畸變，逆變器對外輸出功率且功率因數(shù)為1。當(dāng)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓反相時輸出功率因數(shù)為一1，逆變器變?yōu)槲展β?。本文要求逆變器并網(wǎng)運行，逆變器向電網(wǎng)輸送功率，所以要求逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的頻率與相位一致。整個系統(tǒng)分為兩個部分，由高頻DCACDC變流器和高頻逆變器組成。兩部分的控制目標(biāo)不同，互相獨立。DC/DC部分控制目的是保持一定的直流電壓輸出，DC/AC部分控制目的是控制逆變其輸出電流并與電網(wǎng)電壓同頻、同相。 DCDC變換器光伏并網(wǎng)逆變器中的DCDC變換器完成提高光伏電壓的功能。DCDC變換器如圖36，變換器由輸入電容、四個帶續(xù)流二極管的MOSFET管、變比為1:N的高頻變壓器、全波整流器中的四個二極管V1V 直流端電感L和電容C1組成。圖36 DCDC變換器整流器中的二極管必須能承受光伏側(cè)通過變壓器施加的反向電壓，既為變壓器變比乘以光伏陣列模塊最大工作電壓15x48V=720V，因此要求采用1 OOOV的二極管。MOSFET管必須能承受光伏陣列模塊的開路電壓48V，因此選擇擊穿電壓為60V的MOSFET管。輸入電容的作用是去除光伏陣列模塊上由DCDC變換器產(chǎn)生的高頻電流紋波。通過分析計算得到輸入電容的大小為15uF。計算得到的15uF薄膜電容為大電容，可通過測量實際逆變器的高頻開關(guān)噪聲，優(yōu)化電容的設(shè)計。圖37所示為以絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)為主開關(guān)器件的三相全橋逆變器主電路圖，其中L為交流輸出電感，C為直流側(cè)支撐電容，也即前級Boost電路的輸出電容，SlS6是主開關(guān)管IGBT, 使其對應(yīng)的是其反并聯(lián)二極管，對6個開關(guān)管進(jìn)行適當(dāng)?shù)腜WM控制，就可以調(diào)節(jié)輸出電流為正弦波，并且與網(wǎng)壓保持同相位，達(dá)到輸出功率因數(shù)為1的目的。三相全橋逆變器是由三個橋臂并聯(lián)組成，其啟動的先決條件是直流側(cè)濾波電容預(yù)先充電到接近電網(wǎng)電壓的峰值，而欲使電感電流能按照給定的波形和相位得到控制，必須保證在運行過程中，直流側(cè)電壓不低于電網(wǎng)電壓的峰值，否則，續(xù)流二極管將以傳統(tǒng)的整流方式運行，電感電流不完全可控。圖37三相全橋逆變器 d/q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型采用空間矢量直接電流控制策略，在d/q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的模型。給出了d/q坐標(biāo)系下跟蹤電網(wǎng)電壓空間矢量的方法和輸出電流環(huán)的設(shè)計。仿真和實驗均證明了控制策略的可行性，電流能夠很好地跟蹤電網(wǎng)電壓的相位，實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)。圖38 三相并網(wǎng)逆變器拓?fù)淠孀兤髡９ぷ髟趩挝还β室驍?shù)并網(wǎng)模式，并網(wǎng)輸出電流是與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦波。忽略高頻分量的影響，三相電感電流的回路方程為: （38）在該數(shù)學(xué)模型中，需要控制的網(wǎng)側(cè)電流均為時變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)設(shè)計。為此，可以通過坐標(biāo)變換將三相對稱、靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的/坐標(biāo)系。將軸定向于軸旋轉(zhuǎn)角度后的矢量方向上，軸與之垂直，如圖39所示。圖39 /坐標(biāo)系矢量圖定義軸與電網(wǎng)電動勢矢量同相，則軸方向的電流分量為有功電流，軸落后軸，故軸方向的電流分量式為無功電流，初始條件下，令軸與軸重合。則三相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換矩陣為: （39） 式（39）乘以式（38），當(dāng)電網(wǎng)電壓三相對稱時，得： （310）式中:=。整理后可以得到三相并網(wǎng)逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為： （311）由式（311）可見，只要分別控制、軸電流，便可實現(xiàn)對并網(wǎng)有功和無功分量的控制。 d/q坐標(biāo)系下的控制策略三相并網(wǎng)逆變器的輸出控制采用空間矢量直接電流控制方式，系統(tǒng)控制采用無功電流控制，控制框圖如圖310所示。圖310 三相系統(tǒng)控制框圖采樣兩相電網(wǎng)電壓、進(jìn)行鎖相，獲得電壓相位和頻率信號作為電感電流的相位和頻率給定。同時采樣兩相電感電流，通過/坐標(biāo)變換得到/軸電流，與程序內(nèi)部給定的