獨立／并網(wǎng)雙工模式光伏逆變系統的設計

摘要：針對目前光伏逆變系統工作模式的單一性，提出一種獨立／并網(wǎng)雙工模式逆變系統。主電路采用隔離型全橋DC／DC變換器構建前級，使用移相PWM零電壓轉換(ZVS)控制；采用全橋逆變器構建后級，使用單極性倍頻SPWM。在主電路拓撲基礎上，研究了各部分的控制方法，給出逆變時(shí)不同工作模式下的控制框圖，并采用前饋控制方法對其進(jìn)行改進(jìn)。提出了一種基于芯片UTC4053的電路切換方法來(lái)實(shí)現并網(wǎng)和獨立兩種工作模式的轉換。最后研制出一個(gè)1 kW的實(shí)驗樣機來(lái)驗證方案的可行性。
關(guān)鍵詞：逆變器；獨立模式；并網(wǎng)模式

1 引言
逆變系統作為光伏發(fā)電核心，目前基本是獨立或并網(wǎng)工作運行。若將兩者有效結合，則可進(jìn)一步拓展系統應用范圍，簡(jiǎn)化結構，減少投資。此處提出一種獨立／并網(wǎng)雙工模式逆變系統。該系統通過(guò)隔離型全橋DC／DC變換器構建前級，采用高頻變壓器減小系統體積，使用移相PWM ZVS控制方法降低開(kāi)關(guān)損耗；通過(guò)全橋DC／AC逆變器構建后級，采用單極性倍頻SPWM方法，加強消除和抑制諧波，提高系統效率。在此基礎上，分析了各部分的控制方式，對兩種工作模式下的逆變控制方法做出改進(jìn)。最后提出一種新型的電路切換方法，用以實(shí)現工作模式的轉換。

2 系統主電路拓撲
此處采用兩級式結構，能實(shí)現電氣隔離，且控制靈活簡(jiǎn)單。圖1示出主電路拓撲。

工作過(guò)程分為兩步：
(1)前級隔離型全橋DC／DC變換器將變化低壓直流輸入提升至400 V的穩定高壓直流輸出。
該部分一方面利用開(kāi)關(guān)管結電容和變壓器漏感實(shí)現電路ZVS，以此減小開(kāi)關(guān)損耗，提高系統效率；另一方面增加隔直電容來(lái)解決因開(kāi)關(guān)管特性不一致，而使變壓器初級產(chǎn)生直流分量，從而導致的偏磁問(wèn)題。
(2)后級全橋逆變器將400 V的穩定高壓直流輸入逆變?yōu)?20 V／50Hz的正弦交流輸出。
該部分通過(guò)單極性倍頻SPWM方式以較低的開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現2倍等效開(kāi)關(guān)頻率，以此降低開(kāi)關(guān)損耗，且有助于消除諧波，提高電能輸出質(zhì)量。當并網(wǎng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，系統獨立運行，給負載供電；當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，系統并網(wǎng)運行，輸出饋入電網(wǎng)。

3 控制方法
3．1 DC／DC控制方法
前級隔離型全橋拓撲采用基于移相控制芯片UC3875的電壓電流雙環(huán)控制方法，如圖2所示。

控制思想是：UC3875輸出4路PWM脈沖，通過(guò)驅動(dòng)電路控制主電路中的VT1～VT4。輸出的直流母線(xiàn)電壓通過(guò)信號采集電路后，與UC3875內部標準信號比較，調節4路PWM輸出脈沖的相位差，以此來(lái)穩定輸出。輸入電流通過(guò)信號采集電路后，與UC3875內部的過(guò)流保護信號閥值作比較，一旦過(guò)流，UC3875鎖定跳停，DC／DC停止工作，完成輸入過(guò)流保護。