无变压器型单相光伏并网逆变器的设计-solarbe文库

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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