30KW光伏并网发电系统研究(6)

由于电路在断续工作时，电感电流的不连续，就意味着太阳能输出的电能在每个周期内都有一部分被浪费掉了，而且纹波也会大些。因此电路的参数的选择应让电路工作在连续导电模式下，如图 4-3 所示。

图4.3 Boost电路连续导电时的稳态波形

Boost 电路在连续导电模式下的稳态波形，其中 uG为控制 MOSFET 开断的 PWM 脉冲信号；iL 为通过电感 L 的电流；uL 为电感两端电压；iQ 为通过 MOSFET 的电流；iD为流过二极管 D 的电流。

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4.1.2 后级DC-AC逆变电路工作原理

图4.4 单相全桥逆变电路的原理图

后级DC-AC换流逆变电路采用单相全桥逆变电路，其原理图如图2.4所示。其中，L2 为交流输出电感，Cdc为直流侧支撑电容，即前级 Boost 电路的输出电容，主开关器件V1-V4为绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。

光伏并网发电系统要求在并网逆变器的输出侧实现功率因数为1，波形为正弦波，输出电流与电网电压同频同相，其控制策略与一般独立的电压型逆变器的控制策略有所不同，如图4.4中，每个开关器件上都反并联一个二极管，起着续流的作用。

本论文采用SPWM（脉宽调制方式），通过控制开关器件Vl-V4的导通和关断时间，实现能量从并网逆变器向电网传递，达到输出功率因数为1的目的。

4.2 光伏并网逆变器的选择

一、并网逆变器结构的选择

光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制、电流源电流控制四种方式。以电流源为输入的逆变器，直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前并网逆变器普遍采用以电压源输入为主的方式。按照输入直流电源的性质，可以将

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逆变器分为电流型逆变器和电压型逆变器，其结构如图4.5和图4.6所示。

图4.5 电流型逆变器结构图

图4.6电压型逆变器结构图

电网可视为容量无穷大的定值交流电压源，光伏并网逆变器的输出可以控制为电压源或电流源。如果光伏并网逆变器的输出采用电压控制，则光伏并网系统和电网实际上就是两个交流电压源的并联运行，这种情况下要保证光伏并网发电系统稳定运行，则必须采用锁相控制技术实现与电网同步。在稳定运行的基础上，可通过调整并网逆变器输出电压的幅值与相位来控制系统的有功输出与无功输出。但由于锁相回路的响应较慢，并网逆变器输出的电压值难以精确控制，系统可能出现环流等问题，同样功率等级的电压源并联运行方式不易获得优异性能。因此光伏并网逆变器的输出常采用电流控制，此时光伏并网系统和电网实际上是交流电流源和电压源的并联，只需控制逆变器的输出电流以跟踪电网电压，即可达到并联运行的目的。这种控制方式相对简单，使用比较广泛。

本系统的并网逆变器采用电压源输入、电流源输出的控制方式，即电压型逆变器。 二、并网逆变器回路的选择

逆变器的主电路结构按照输出的绝缘形式分为：工频变压器绝缘方式，高频变压器绝缘方式，无变压器方式三种 [11] 。

㈠工频变压器绝缘方式

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图4.7采用工频变压器绝缘的逆变器主电路图

图4.7为采用电压型工频变压器绝缘方式的逆变器的主电路。采用工频变压器进行绝缘和变压，具有良好的抗雷击和消除尖波的性能，电路简单，变换只有一级，效率较高。由于电路中的半导体器件少，可适应比较恶劣的使用条件。开关频率低，产生的电磁干扰小。一般工频逆变不采用 SPWM 控制，输出是矩形波，要经过强有力的滤波措施，才能使输出正弦波形畸变<5%。这种方式的逆变器主要用于独立型太阳能发电系统。

㈡高频变压器绝缘方式

图4.8采用高频变压器绝缘的逆变器主电路图

图4.8为采用高频变压器绝缘的逆变器主电路结构图，图中逆变主电路变换分为三级(DC-HFAC-DC-LFAC)。高频变压器比工频变压器体积小，重量轻，成本低。但是经多级变换，回路较为复杂，效率问题比较突出。由于有 SPWM 控制，输出波形畸变小，不需要强有力的滤波，但是高频电磁干扰问题严重，要采用滤波和屏蔽等抑制措施。

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㈢无变压器方式

为了进一步降低成本，提高效率，己开发的光伏并网逆变器采用无变压器无绝缘方式逆变器主电路，其结构原理图如图4.9所示。

图4.9采用无变压器无绝缘的逆变器主电路结构图

主电路前级为DC-DC升压电路，后级为DC-AC工频逆变电路。DC-DC升压电路将太阳能光伏阵列的输出电压升高至400V左右，从而保证后级DC-AC工频逆变电路的输入电压的稳定性，与此同时，升高了逆变的输入电压，降低了电流，有利于减少逆变过程中的部分损耗。

针对本30KW光伏并网发电系统，光伏电池阵列的输出电压比较低，适合采用无变压器方式。其结构相对简单，采用两级变换(DC-DC-AC)、效率高。同时没有变压器，具有体积小、重量轻、成本较低等特点，是到目前光伏并网发电系统比较常用的一种主电路方式。

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