單相電流源并網(wǎng)光伏逆變器的設(shè)計與分析詳細資料說明

　　本文研究了用于光伏（PV）應(yīng)用的150W單相電流源并網(wǎng)逆變器的性能。恒流源采用大直流環(huán)節(jié)電感實現(xiàn)，逆變器采用單升壓開關(guān)、H橋逆變器和CL輸出濾波器實現(xiàn)。盡管直流環(huán)節(jié)電感導(dǎo)致逆變器的效率低于等效電壓源逆變器，但由于零電流切換和元件數(shù)量較少，因此成本較低。此外，使用升壓開關(guān)可以很容易地控制輸出電流，并提供簡單的開環(huán)和前饋控制。本文從輸出功率、總諧波畸變和功率因數(shù)等方面對模擬和測量的逆變器性能進行了比較。此外，還通過仿真研究了概念對高功率（1.2千瓦）逆變器的擴展。

　　最近，人們對我們依賴化石燃料的使用提出了嚴重的擔憂，因為這污染了我們的環(huán)境，而且供應(yīng)有限。因此，太陽能等可再生能源因其對環(huán)境友好和提供模塊化安裝而備受關(guān)注。光伏并網(wǎng)逆變器（GCI）的研究重點是在滿足電網(wǎng)要求的同時，降低成本，提高性能和可靠性。

　　光伏逆變器需要在光伏陣列的最大功率點（MPP）運行，以最大化其輸出功率。單相逆變器固有的輸出功率波動是電源頻率的兩倍。這會導(dǎo)致光伏輸出功率降低，增加逆變器輸出的諧波含量。因此，光伏逆變器采用一個儲能元件來減小紋波。電容器或電感器的使用分別決定了它們是電壓源逆變器（VSI）還是電流源逆變器（CSI）。傳統(tǒng)的地面通信系統(tǒng)主要是VSI，其成本低、效率高。然而，VSI的一個重要可靠性問題是大型直流環(huán)節(jié)電解電容器。CSI可以提供更簡單的控制要求，也可以避免直流鏈路電容器的需要。然而，他們需要一個直流環(huán)節(jié)電感和損耗，大小，重量和成本的電感是重要的關(guān)注。

　　早期的GCI是電流源型的，它利用線頻換流開關(guān)產(chǎn)生方波輸出電流。雖然這個概念很簡單，但是輸出電流需要大量的濾波以滿足電網(wǎng)諧波標準〔1〕。最近人們對在小型光伏應(yīng)用中使用脈寬調(diào)制控制的CSI〔2-5〕有了興趣。提出了一種基于GTO的H橋并網(wǎng)CSI，采用脈寬調(diào)制（PWM）控制，但發(fā)現(xiàn)輸入直流環(huán)節(jié)電感損耗會顯著降低逆變器的效率。文獻中的另一種拓撲結(jié)構(gòu)是一種線路換相軟開關(guān)CSI，它由IGBT和二極管作為諧振開關(guān)和H橋逆變器組成，效率更高。然而，逆變器的控制更加復(fù)雜，元件數(shù)量也增加了。這也增加了逆變器的成本。提出了一種基于開關(guān)型整流器（SMR）和H橋逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。

　　為了降低逆變器的成本，提高性能和可靠性，本文對光伏并網(wǎng)電流源逆變器拓撲結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析。對系統(tǒng)進行了詳細的分析，包括在儲能需求和光伏陣列輸出功率因紋波而降低之間的權(quán)衡，以及在額定輸出功率下儲能需求和輸出THD之間的權(quán)衡。此外，還研究了低通濾波器參數(shù)的選擇，以最大限度地提高逆變器的性能和效率。

　　該系統(tǒng)由兩個階段組成（見圖1）。在第一階段，光伏陣列與一個類似于升壓變換器的電路相連，該電路具有足夠大的輸入電感，使光伏電流在一個基本（50赫茲）周期內(nèi)相對恒定。光伏陣列和輸入電感的組合可以作為恒流源。該電路中的升壓開關(guān)起到電流波形整形器（WS）的作用，用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制（PWM）輸出電流，其基本元件是與電網(wǎng)電壓同步的全波整流正弦波。第二級變換器由一個帶晶閘管的行頻整流H橋組成，它將正弦波電流展開（反轉(zhuǎn)極性）以產(chǎn)生交流輸出電流。利用低通濾波器（CL）去除高頻PWM元件，產(chǎn)生正弦輸出電流。