一种连续导电模式的反激式并网逆变器设计

姚福林 陶家园 程章格 胡永贵

摘？要：按功率等级可将光伏逆变器分成两种：分布式逆变器和集中式逆变器。其中，基于反激拓扑结构的（Flyback Converter）的逆变器具有结构简单、功率密度较高、输入输出电气隔离等优点，因此广泛应用于分布式光伏并网逆变器中。本文首先对反激式光伏并网逆变器进行了原理分析，分析了反激式DC-AC逆变器3种不同工作模式；设计了一种连续导电模式的反激式DC-AC逆变器，包括逆变器参数以及闭环控制策略；最后对设计的反激式DC-AC逆变器进行MATLAB/Simulink仿真和实验验证，证明了所设计的反激式DC-AC逆变器可正常运行且符合并网标准要求。

关键词：光伏并网；反激式；逆变器

0 引言

由于全球人口增长及工业化程度快速推进，导致能源需求逐年快速增长[1]。太阳能因为具备清洁、存量巨大、可再生、易获取等优点成为新能源领域的研究热点[2]。太阳能发电由光伏板和并网逆变器两部分组成，其中并网逆变器作为太阳能发电的核心部件成为广大科研机构研究的重点对象[3]。按功率等级可将光伏逆变器分成两种：分布式逆变器和集中式逆变器[4]。相比集中式光伏并网逆变器，分布式光伏并网逆变器可靠性高、MPPT效率高、扩展灵活、安装方便，因此分布式逆变器应用广泛。

根据拓扑结构分类，分布式光伏并网逆变器可分为推挽式、全桥式、半桥式及反激式等拓扑类型。其中，基于反激拓扑结构的逆变器具有结构简单、功率密度较高、输入输出电气隔离等优点，因此这种拓扑结构在光伏并网逆变器中得到广泛应用[5]。反激转换器的工作模式可分为：断续导电模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）、临界导电模式（Boundary Conduction Mode，BCM）[6]及连续导电模式（Continuous Conduction Mode，CCM）。本文首先分析了反激式DC-AC逆变器三种不同工作模式，然后设计了一种连续导电模式的反激式DC-AC逆变器，设计了逆变器参数以及闭环控制策略；最后对设计的反激式DC-AC逆变器进行MATLAB/Simulink仿真和实验验证，证明了所设计的反激式DC-AC逆变器可正常运行且符合并网标准要求。

1 反激式光伏并网逆变器原理分析

1.1 反激式DC- DC转换器工作原理分析

3 实验验证

基于前文理论与仿真分析，本文设计的反激式DC-AC逆变器实验样机额定并网功率为250 W。样机核心控制器为STM32F207VET6，采用Agilent E4360A模拟光伏电池输出曲线。

图8所示为本文设计的连续导电模式的反激式DC-AC逆变器输出功率为250 W时的并网电流和反激转换器的输出电压波形。样机的输入电压为37.4 V，如图所示并网电流的峰值为1.6 A，输出电压的峰值为310 V。样机在额定并网功率时，转换效率为94.5%，总并网谐波畸变率THD为3.58%，符合中国质量认证中心并网标准。

4 总结

本文首先对反激式光伏并网逆变器进行原理分析，分析了反激式DC-AC逆变器三种不同工作模式；然后设计了一种连续导电模式的反激式DC-AC逆变器，设计了逆变器参数及闭环控制策略；最后对设计的反激式DC-AC逆变器进行MATLAB/Simulink仿真和实验验证，证明了所设计的反激式DC-AC逆变器可正常运行且符合并网标准要求。

参考文献：

[1] 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛，等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京：科学出版社，2005.

[2] 朱永强.新能源与分布式发电技术[M].北京：北京大学出版社， 2010.

[3] 李安定，吕全亚.太阳能光伏发电系统工程[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4] KJAER S B，PEDERSEN J K，BLAABJERG F.A review of single-phase grid-connected inverters for photovoltaic modules[J].Industry Applications，IEEE Transactions on， 2005，41（5）：1292-1306.

[5] MYRZIK J M A，CALAIS M.String and module integrated inverters for single-phase grid connected photovoltaic systems-a review[C].Power Tech Conference Proceedings， 2003 IEEE Bologna，2003.

[6] ZHANG Z，CHEN M，GAO M，et al.An optimal control method for grid-connected photovoltaic micro-inverter to improve the efficiency at light-load condition[C].Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE），2011 IEEE：19-224.

[7] 張超，何湘宁.短路电流结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中的应用[J].中国电机工程学报，2006， 26（20）： 98-102.