一种新型的单相双Buck光伏逆变器方案.docx

PAGE 1 PAGE 1 一种新型的单相双Buck光伏逆变器方案 摘要：为了提高光伏并网逆变器的效率，本文以无变压器式的光伏并网逆变器为讨论对象，讨论其产生漏电流的缘由，改进逆变器原有的拓扑结构，提出了一种新型的单相双Buck逆变器方案，该方案中的逆变器是一种改进型的三电平逆变器，适合中高压大功率场合，具有削减了输出电压的谐波等特点。本文对于逆变器掌握策略，提出了电压电流的双闭环掌握策略，设置详细参数，进行波形仿真，验证掌握策略的正确性。 1.引言  太阳能作为一种无污染的能源，有关其利用的讨论始终是人们讨论的热点。为了提高太阳能的电能转化效率，光伏并网逆变器的讨论是光伏利用的重点。对于光伏并网逆变器，其拓扑结构根据变压器可以分为：  高频变压器型，工频变压器型和无变压器型。高频变压器体积小，重量轻，效率高，但是掌握较为简单；工频变压器体积大，重量重，结构简洁；为了能够提高光伏并网系统的效率和降低成本，在没有特别要求的时候可以采纳无变压器型的拓扑结构。但是，由于没有变压器，输入输出没有电气隔离，光伏模块的串并联构成的光伏阵列对地的寄生电容变大，而且该电容受外界环境影响较大，由此产生的共模电流将会很大，对于漏电流的讨论，现已有多种解决方案：当全桥逆变器采纳单极性调制方式时，存在一开关频率脉动的共模电压，而采纳双极性调制方式时，共模电压不变，其幅度等于母线电压的一半；在半桥逆变器中，对地寄生电容电压亦被输入分压大电容钳位在母线电压的一半，基本保持不变。这些都是基于桥式电路解决漏电流的方法，近年来消失了一种双Buck逆变器结构，这种逆变器具有无桥臂直通，体二极管不工作，双极性工作等突出特点，因而应用广泛。本文提出一种新型的三电平双Buck逆变器的方案，并置定相应的掌握策略实现功率点的跟踪和并网掌握。  2.三电平双Buck逆变器的总体方案  如图1所示，为双Buck逆变器的电路拓扑结构图，双Buck逆变器采纳的是半周期工作模式，当输出电流在正半周时，功率管S1、续流二极管D1、滤波电感L1和滤波电容Cf共同构成了Buck1电路。当输出电流为负半周时，功率管S2、续流二极管D2、滤波电感L2和滤波电容Cf共同组成Buck2电路，两条Buck电路不同时工作。相比于传统的桥式逆变电路，电路无桥臂直通的可能，体二极管也不用参加工作过程。但是，这种状况下，功率管S1和S2在工作的半个周期内所承受的电压时直流母线电压Ud的两倍。由于其桥臂本身输出的电压波形依旧是双极性的，所以其谐波含量照旧很大。   通过在双Buck逆变器拓扑结构上进行优化，用两个功率管和快恢复型二极管的组合开关电路（即S1amp;S3amp;D3和S4amp;S2amp;D4）替代原先的桥臂上的功率管。得到如图2所示的新型三电平双Buck逆变拓扑结构。   这种新型的三电平双Buck逆变器依据是半周期工作模式：当输出电感电流iL为正半周时，Buck1电路工作，当电感电流为负半周时，Buck2电路工作。其详细的工作模态如表1所示。经过优化的三电平双Buck逆变器由于将其对地的寄生电容电压牵制在输入电压的一半，所以其漏电流为零。   3.掌握策略分析  为了能够实现功率点跟踪和实现输出电压电流的掌握，整个掌握采纳复合掌握策略，包括均压掌握环，电流掌握环和电流基准环如图3所示。   详细工作流程为：通过采集电容C1上的电压UC1,计算母线电压的一半得到UZ=Ubus/2,分别计算UC1与Uz的差值，将差值输入到均压环的调整器，输出掌握电流变化量△i;母线电压经过跟踪环节取得入网基准电流ig,将基准电流iL减去掌握电流变化量△i和入网电流ig,将求的的电流经过比例积分误差放大电路，与三角波相交并通过掌握规律生成争先脉宽调制信号（SPWM波），通过输出的SPWM波形掌握开关管的导通关断，实现电压调整功能。  式中 c1 U 和 c2 U 为电容C1和电容C2的电压初始大小，假设两电容电压大小相等，则可得两电容电压的偏差大小为：    4.仿真和验证  对于上述的闭环系统，设置参数并进行仿真，详细参数设置如下：输入直流电压Ud=720V,输入电容C1=C2=1100uF,输出滤波电感L1=L2=750uH,估计输出的沟通电压Uo=220V,频率为50Hz,额定输出功率Po=1KW.   详细的仿真结果如图4所示，ug表示为电网电压，iL为电感电流，Uc1为电容C1的电压，UC2为电容C2的电压，V1~V4分别表示逆变器对于功率开关管S1~S4的掌握信号。详细的工作状况：当iL大于零，即工作在正半周，Buck1