一種微型逆變器的拓?fù)潆娐返闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏逆變器的拓?fù)潆娐罚唧w的涉及一種并網(wǎng)微型光伏逆變器的解耦 拓?fù)潆娐贰?br>【背景技術(shù)】
[0002] 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、直流轉(zhuǎn)交流的光伏逆變器以及其控制器組 成。光伏電池組將將吸收到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可利用的電能，通過(guò)光伏逆變器，將光伏電池輸 出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓幅值、相位、頻率均相等的交流電。控制器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電 池的最大功率跟蹤控制以及變換器的控制。作為光伏電池和網(wǎng)側(cè)間進(jìn)行能量變換的光伏逆 變器，在發(fā)電系統(tǒng)有著舉足輕重的地位，其安全性、可靠性、轉(zhuǎn)換效率、制造成本等因素對(duì)整 個(gè)系統(tǒng)的可靠性及變換效率影響很大，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心單元。
[0003] 目前逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，其工作壽命通常為5到10年，而 太陽(yáng)能電池板通常能正常使用25年。當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障，在維護(hù)或更換器件，無(wú)疑將浪費(fèi) 掉這段時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)電池板所產(chǎn)生的能量。通過(guò)為每個(gè)太陽(yáng)能電池板安裝一個(gè)微型逆變器， 來(lái)減小面板損壞和逆變器故障對(duì)系統(tǒng)的影響。從短時(shí)間內(nèi)來(lái)看，這種方案會(huì)增加成本。然 而，如果將時(shí)間考慮到25年，甚至更長(zhǎng)，高可靠性的微型逆變器與集中式逆變器相比，將會(huì) 擁有更低的發(fā)電成本。另外，隨著微型逆變器的大規(guī)模生產(chǎn)以及制造技術(shù)的進(jìn)步，其成本會(huì) 越來(lái)越低。反激式（Flyback)逆變器電路因其拓?fù)潆娐泛?jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器兩側(cè)電氣隔 離等，適合作為小功率的光伏并網(wǎng)逆變器。然而，微型逆變器面臨著挑戰(zhàn)：
[0004] 1.功率密度問(wèn)題：微型逆變器要求具有高的功率密度，還要求整體電路體積小。
[0005] 2.高轉(zhuǎn)換效率：由于目前光伏電池能量轉(zhuǎn)化效率不高，因此光伏并網(wǎng)設(shè)備的效率 每提高1 %都能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0006] 3.高可靠性：光伏電池的壽命達(dá)20年以上，微型逆變器壽命設(shè)計(jì)指標(biāo)須與光伏電 池相當(dāng)才能體現(xiàn)出微逆的優(yōu)勢(shì)，單塊光伏電池輸出電壓通常為23V~45V，輸出功率范圍在 幾十瓦到幾百瓦之間。由，可知當(dāng)Pin、Vdc、ω為一定時(shí)，Cin與AV成反比。當(dāng)光伏電池 輸出功率為100W時(shí)前側(cè)電容的容值與二次擾動(dòng)電壓的關(guān)系，可以看出由于光伏電池輸出 電壓較低，若要抑制二次擾動(dòng)在合理范圍內(nèi)，通常必須在光伏輸出側(cè)安置一個(gè)大容值的電 解電容。大容值的電解電容可以使得擾動(dòng)電壓變小但二次擾動(dòng)依然存在，并未從根本上將 其消除。大容值電解電容壽命較短，已被證實(shí)是影響微型逆變器壽命的主要因素。因此，應(yīng) 采取方案取代電路中的電解電容。
[0007] 4.有競(jìng)爭(zhēng)力的成本：為每塊光伏面板均配置微型逆變器，這就要求微型逆變器成 本較低，電路中應(yīng)包含較少的器件，其控制器在能處理所有的控制、通信和計(jì)算任務(wù)同時(shí)， 亦必須具有較低的價(jià)格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的旨在至少解決一個(gè)上述面臨的問(wèn)題，提出一種具有低成本，高可靠 性的微型逆變器。并通過(guò)對(duì)引入改進(jìn)的功率解耦電路：引入附加解耦電路，將二次功率擾動(dòng) 轉(zhuǎn)移到解耦電路中，使得逆變器兩側(cè)瞬時(shí)功率相等，提高微型逆變器的可靠性。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種微型逆變器的拓?fù)潆娐罚黄涮卣髟谟冢核鑫⑿湍孀兤鳛榉醇な轿⑿湍孀儯?所述拓?fù)潆娐肪哂蠨C/DC模塊及DC/AC模塊；
[0011] 還具有抑制二次功率擾動(dòng)的解耦電路。
[0012] 優(yōu)選的，當(dāng)上述微型逆變器輸入功率小于輸出功率時(shí)，多余的能量通過(guò)解耦電路 轉(zhuǎn)移到解耦電容Cx中，電路為Boost工作模式，該模式下開(kāi)關(guān)Sboost與二極管D1工作。 [0013] 進(jìn)一步的，上述Cx端電壓為：
[0015] 優(yōu)選的，上述逆變器當(dāng)輸入功率大于輸出功率時(shí)，電路為Buck工作模式，解耦電 容Cx中的能量通過(guò)解耦電路釋放，此時(shí)開(kāi)關(guān)Sbuck與二極管D2工作。Cx端電壓為：
[0017] 優(yōu)選的，上述微型逆變器的解耦電容的取值
[0018] 有益效果：
[0019] 本發(fā)明技術(shù)方案公開(kāi)的一種微型逆變器的拓?fù)潆娐?，在反激式逆變器的基礎(chǔ)上提 出改進(jìn)的解耦方案。一個(gè)雙向DC/DC變換器和解耦電容組成的解耦電路用于抑制二次功率 擾動(dòng)，該變換器并聯(lián)在反激逆變器直流側(cè)上。根據(jù)光伏電池輸入功率和逆變器輸出功率，解 耦電路有兩種工作模式，顯著地減小解耦電容的體積和容量，提高微型逆變器的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例光伏并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例反激式微型逆變器的電路拓?fù)鋱D；
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的具有解耦電路的微型逆變器的電路拓?fù)鋱D；
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的微型逆變器工作區(qū)間示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的具有解耦電路的微型逆變器的電路拓?fù)鋱D；
[0025] 圖6為圖5在不同模式下的運(yùn)行示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明 本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠(chǎng)家的條件做 進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0027] 如圖1所示為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖，光伏電池的輸出電壓為Vpv，輸出電流為Ipv， Cin為功率解耦電容，設(shè)電網(wǎng)側(cè)電壓和入網(wǎng)電流分別為：
[0028] V0(t) = Vm sinot I。（t) = Im sin ω t
[0029] Vn, In--輸出電壓幅值；ω = 2 π f，f為電網(wǎng)頻率。
[0030] 可得到瞬間輸出功率為
[0032] 而光伏電池輸出功率為Pin為
[0033] Pin=VpvIpv Pnax= VnaxInax (b) 〇
[0034] 由式（a)可知，逆變器輸出功率并非為恒定值，而是包含二倍頻分量的瞬變值，而 當(dāng)光伏電池穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)時(shí)，其輸出功率Pmax為一恒定值，因此逆變器的輸入和 輸出的瞬時(shí)功率是不平衡的，在光伏電池側(cè)表現(xiàn)為其輸出電壓為在一個(gè)直流偏置電壓的基 礎(chǔ)上疊加有二倍頻分量。由此引出若要提高光伏電池的利用率，就必須將二次擾動(dòng)電壓抑 制在合理的范圍內(nèi)。
[0035] 如圖2所示，為反激式微型逆變器的電路拓?fù)鋱D，由圖可知該拓?fù)潆娐份^為簡(jiǎn)單： 變壓器原邊開(kāi)關(guān)管負(fù)責(zé)對(duì)入網(wǎng)電流正弦脈寬調(diào)制和最大功率跟蹤控制；中間為高頻隔離變 壓器，其副邊帶有中心抽頭，變比為1 : N : N。其中，N為高頻變壓器的匝比，ΝζΓνΧ， &和N2是初、次級(jí)繞組匝數(shù)，L1和L2是初、次級(jí)繞組電感量，且L2 = N2L1。
[0036] 當(dāng)反激逆變器工作斷續(xù)模式時(shí)，當(dāng)輸出功率確定時(shí)，其原邊激磁電感值小于連續(xù) 模式，所需磁芯尺寸較小。且斷續(xù)模式的激磁電感電流波形是三角波，它的諧波成分少，而 連續(xù)模式下激磁