无变压器型单相光伏并网逆变器的设计

第 49 卷中 国 电 力0 引言近年来 ， 随着能源危机以及环境污染的加剧 ，具 有 清 洁 、 可 再 生 等 特 点 的 光 伏 发 电 技 术 得 到 了较快的发展 [1] 。 随着国家对光伏产业的支持 ， 小功率光伏并网逆变器将会受到越来越多的关注 。光 伏 并 网 逆 变 器 是 光 伏 电 池 组 件 与 电 网 间 能量 传 递 的 核 心 器 件 。 光 伏 并 网 逆 变 器 与 电 网 连 接通 常 有 3 种 结 构 高 频 变 压 器 型 、 工 频 变 压 器 型和无变压器型 [2-4] 。 相比高频变压器型的 昂 贵 以 及工 频 变 压 器 型 的 笨 重 ， 无 变 压 器 型 逆 变 器 经 济 、轻便 、 易安装 ， 更适用于家庭小功率光伏电池板 。本 文 针 对 小 功 率 光 伏 应 用 场 合 ， 研 究 设 计 了一 台 2 kW 无 变 压 器 型 的 单 相 光 伏 并 网 逆 变 器 。给 出 了 逆 变 器 的 拓 扑 结 构 ， 分 析 光 伏 逆 变 器 的MPPT 控 制 ， 并 在 电 压 电 流 双 循 环 中 采 用 电 流 无差 拍 算 法 。 在 检 测 电 网 电 压 的 频 率 相 位 后 ， 通 过无 差 拍 算 法 求 出 逆 变 器 各 开 关 管 的 导 通 时 间 ， 使得 输 出 电 流 可 以 跟 随 电 网 电 压 的 频 率 相 位 达 到 输出的功率因数为 1 。1 单相光伏并网逆变器的结构无 变 压 器 型 光 伏 并 网 逆 变 器 采 用 两 级 式 光 伏逆变结构 由 Boost 电路为主体的 MPPT 环节和由单 相 逆 变 器 组 成 的 并 网 逆 变 环 节 。 具 体 结 构 如 图1 所示 。图 1 中 Boost 电路通过改变功率管的占空比 α改 变 光 伏 侧 的 输 出 电 压 完 成 最 大 功 率 跟 踪 控 制 ，同 时 提 高 直 流 侧 电 压 。 并 网 逆 变 器 通 过 检 测 电 网侧 电 压 的 频 率 和 相 位 ， 采 用 电 压 电 流 双 死 循 环 控制 ， 使 得 单 相 并 网 逆 变 器 产 生 与 电 网 电 压 同 频 同相的电流波形 。2 MPPT 原理及 Boost 斩波电路分析依 据 光 伏 电 池 串 并 联 组 成 光 伏 数 组 结 构 ， 采用 能 够 满 足 工 程 应 用 精 度 且 易 于 分 析 的 并 联 二 极管 光 伏 数 组 模 型 来 分 析 其 输 出 特 性 。 在 一 定 条 件下 ， 考虑温度变化的光伏数组 U － I 方程 [5-6] 为 I N pIsc {1 － C 1[exp （ U －d UC2N sU oc） － 1]}d I （ 1 ）式中 Uoc 与 I sc 分别为光伏电池的开路电压和短路电 流 ； U 和 I 分 别 为 最 大 功 率 点 电 压 和 电 流 ； C 1收稿日期 2016-06-02作者简介 葛鹏江 （ 1986）， 男 ， 陕西兴平人 ， 硕士 ， 工程师 ， 目前主要从事新能源接入电网规划分析等研究工作 。E-mail gepj1025126.com摘 要 为满足家用小功率光伏并网的需求 ， 研究设计了一款 2 kW 的无变压器型单 相 光 伏 并 网 逆 变 器 。 给出了光伏并网逆变器的拓扑结构 ， 详细分析了光伏逆变器的 MPPT 原理 ， 并 通 过 Boost 电 路 及 扰 动 观 察 法 来实现 MPPT 过程 。 在光伏并网过程中 ， 并网逆变器采用了电流的无差拍以及电压电流双循环的控制策略实现了单位功率因数并网 ， 最后通过实验验证该逆变器的可行性 。关键词 无变压器型光伏并网逆变器 ； 单位功率因数 ； 电流无差拍中图分类号 TM464 文献标志码 A DOI 10.11930/j.issn.1004-9649.2016.z1.144.04无变压器型单相光伏并网逆变器的设计葛鹏江 1， 李怡 2， 郭文科 3（ 1. 国网宁夏电力公司经济技术研究院， 宁夏 银川 730011； 2. 宁夏送变电工程公司， 宁夏 银川 730001；3. 国网甘肃省电力公司电力科学研究院， 甘肃 兰州 730050）中 国 电 力ELECTRIC POWER第 49 卷 增刊20 16 年 10 月Vol ． 49 ， Supp.Oct. 20 16图 1 无变压器型单相光伏并网结构Fig.1 Transformerless single phase grid－ connectedphotovoltaic structure新 能 源144