由于太陽能受到光照、溫度、季節(jié)、天氣等多種因素的影響，輸出的電能不穩(wěn)定，無法提供用戶直接使用，因此為達(dá)到輸出電能穩(wěn)定的目的，科學(xué)家研制了光伏逆變器。光伏逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)復(fù)雜設(shè)備，需要具有可靠性高、輸入電壓范圍寬、失真度小、效率高等特點(diǎn)，還要具備反應(yīng)速度快、短路保護(hù)、過載保護(hù)等功能。光伏逆變器可以對光伏板發(fā)出的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換與控制，在光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率、輸出電能質(zhì)量等方面具有重要的作用。當(dāng)輸入電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，通過光伏逆變器可以保證輸出電壓相對穩(wěn)定，為用電負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電源。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，使光伏逆變器朝智能化、集成化、信息化、低損耗、高壓高頻、智慧網(wǎng)絡(luò)、大功率等方向發(fā)展。光伏逆變器可以分為單端反激式、雙端反激式、集中式、組串式、集散式、微型等多種類型，這些光伏逆變器各有特色。交錯(cuò)并聯(lián)反激式準(zhǔn)單級光伏并網(wǎng)微逆變器雙端反激式光伏逆變器具有拓?fù)浜唵巍⒖煽啃愿摺⒏哳l隔離等優(yōu)點(diǎn)，在中小功率場合中廣泛應(yīng)用，并且在電源領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，基本拓?fù)潆娐分饕袉味耸健⒔诲e(cuò)式。筆者在對傳統(tǒng)光伏逆變器分析與研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型光伏逆變器，能夠較好地實(shí)現(xiàn)對太陽能的利用與轉(zhuǎn)換。所設(shè)計(jì)的光伏逆變器包括交錯(cuò)反激變換器與逆變兩部分，筆者通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。所設(shè)計(jì)的光伏逆變器與組件、匯流箱、電纜、支架等共同構(gòu)成整個(gè)光伏系統(tǒng)，具有最大功率點(diǎn)追蹤功能，其性能直接影響系統(tǒng)發(fā)電效率和穩(wěn)定性。所設(shè)計(jì)的光伏逆變器電路結(jié)構(gòu)簡單，安全穩(wěn)定，并且電氣性能良好，成本低。交錯(cuò)反激變換器根據(jù)輸入、輸出電壓的大小可以分為降壓變換器、升壓變換器、升降壓變換器，筆者在設(shè)計(jì)中采用升降壓變換器。交錯(cuò)反激變換器采用兩個(gè)單端反激電路，包括高頻變壓器T1、T2，功率管Q1、Q2，整流二極管D1、D2。高頻變壓器T1、T2除起儲能和能量傳輸雙重作用外，還具有輸入與輸出隔離、減小系統(tǒng)體積及質(zhì)量等作用。綜合單端反激電路的優(yōu)點(diǎn)，交錯(cuò)反激變換器電路的工作原理是利用驅(qū)動(dòng)控制功率管Q1、Q2，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號使功率管Q1、Q2輪流導(dǎo)通。交錯(cuò)反激變換器電路拓?fù)淙鐖D1所示。圖1 交錯(cuò)反激變換器電路拓?fù)?/span>功率管Q1導(dǎo)通，功率管Q2關(guān)斷，光伏電壓Ui向變壓器原邊供電。通過對變壓器同名端進(jìn)行分析，此時(shí)整流二極管D1是不導(dǎo)通的，電能以磁能的方式保存至高頻變壓器T1。由于功率管Q2不導(dǎo)通，高頻變壓器T2的反電動(dòng)勢使整流二極管D2導(dǎo)通，高頻變壓器T2將功率管Q2開通時(shí)存儲的電能傳給電容C1及電阻R。功率管Q1關(guān)斷，功率管Q2導(dǎo)通，光伏電壓Ui向變壓器原邊供電。通過對變壓器同名端進(jìn)行分析，由于功率管Q1不導(dǎo)通，高頻變壓器T1的反電動(dòng)勢使整流二極管D1導(dǎo)通，高頻變壓器T1將功率管Q1開通時(shí)存儲的電能傳給電容C1及電阻R。由于功率管Q2導(dǎo)通，輸入電源會輸入至高頻變壓器T2，電能以磁能的方式存儲起來。若將此交錯(cuò)反激變換器作為逆變器高頻直流環(huán)節(jié)，工作在正弦脈寬調(diào)制模式，交錯(cuò)反激變換器濾波后的直流電供逆變器后級逆變。交錯(cuò)反激變換器工作波形如圖2所示。高頻正弦脈寬調(diào)制波驅(qū)動(dòng)功率管Q1、Q2將直流電壓變換為高頻脈沖，通過高頻變壓器的隔離升壓后調(diào)制為只有正弦波正半周的直流電。逆變電路的作用是將前級交錯(cuò)反激變換器的正弦波正半周直流電變?yōu)檎医涣麟姟Ｍㄟ^對逆變電路進(jìn)行分析，綜合幾種電路的特點(diǎn)，筆者采用全橋式逆變拓?fù)潆娐贰Ｄ孀冸娐吠負(fù)淙鐖D3所示。圖3 逆變電路拓?fù)?/span>
前級交錯(cuò)反激變換器電路工作在高頻狀態(tài)，后級逆變電路工作在低頻狀態(tài)，可以有效降低工作時(shí)的損耗，促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)工作效率的提升。在電路拓?fù)渲校蠹夒娐肥悄孀冸娐罚瑢⑶凹壗诲e(cuò)反激變換器電路輸出的正弦波正半周直流電變?yōu)檎医涣麟姟９夥孀兤鞴ぷ鞑ㄐ稳鐖D4所示。通過逆變電路分析可知，通過檢測逆變電路輸出信息，并調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號，可以使整個(gè)系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤功能。開關(guān)管Q1、Q4和開關(guān)管Q2、Q2各為一對管，輪流導(dǎo)通，二組對管的驅(qū)動(dòng)信號留有死區(qū)以避免直通。開關(guān)管Q1、Q4導(dǎo)通，開關(guān)管Q2、Q2不導(dǎo)通時(shí)，逆變電路的輸出Uo是正半周期。開關(guān)管Q1、Q4不導(dǎo)通，開關(guān)管Q2、Q2導(dǎo)通時(shí)，逆變電路的輸出Uo為負(fù)半周期。因此，利用設(shè)計(jì)的逆變電路輪流導(dǎo)通，使光伏逆變器實(shí)現(xiàn)50Hz、220V正弦交流電輸出。為實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在光伏逆變器硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還需配備相應(yīng)的軟件驅(qū)動(dòng)和控制程序，包括主程序、采樣功能模塊、最大功率點(diǎn)追蹤功能模塊、脈寬調(diào)制控制功能模塊等。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，應(yīng)從光伏陣列輸入的瞬時(shí)電壓、交錯(cuò)反激變換器輸出的瞬時(shí)電壓、逆變電路輸出的瞬時(shí)電流及相位等方面進(jìn)行控制策略設(shè)計(jì)。交錯(cuò)反激變換器采用正弦脈寬調(diào)制控制，逆變電路采用脈寬調(diào)制控制。主程序可以完成系統(tǒng)的初始化及子程序的調(diào)用，對系統(tǒng)整體運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督與控制。主程序流程如圖5所示。系統(tǒng)控制程序通過對電壓、電流等進(jìn)行采樣，完成光伏充電功率的計(jì)算。通過計(jì)算的參數(shù)來調(diào)節(jié)正弦脈寬調(diào)制控制的占空比，以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。仿真時(shí)，以光伏發(fā)電系統(tǒng)模擬輸入的電壓波形作為仿真電路的輸入電壓，觀察仿真的輸出情況及仿真模塊的有效性。輸入在實(shí)際上是一定范圍內(nèi)波動(dòng)的電壓值，但仿真時(shí)輸入電壓僅僅是一個(gè)固定的輸入電壓值。輸出電壓仿真波形如圖6所示。圖6表明，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入為設(shè)計(jì)電壓時(shí)，所設(shè)計(jì)的光伏逆變器實(shí)現(xiàn)了正弦電壓的輸出，輸出電壓波形良好，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性、有效性。光伏發(fā)電是太陽能應(yīng)用的典型范例，光伏發(fā)電與天氣、光照、溫度、季節(jié)、地理位置等有密切關(guān)系，所產(chǎn)生的電能不穩(wěn)定，輸出的電能質(zhì)量無法滿足負(fù)載直接使用的要求。為解決這一問題，科學(xué)家研制了光伏逆變器。本文設(shè)計(jì)了一種新型光伏逆變器，對硬件設(shè)計(jì)方案、控制策略和軟件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了介紹，通過計(jì)算機(jī)軟件搭建了光伏逆變器模型。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的光伏逆變器能夠輸出符合設(shè)計(jì)要求的正弦交流電，驗(yàn)證了光伏逆變器設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、有效性。原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：一種新型光伏逆變器的設(shè)計(jì)
