准单级交错并联反激式微型逆变器研究
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交错并联反激型并网发电微逆变器的原理分析及其设计
王志彬;方宇;赵齐齐;张金银;朱忠虎;张丽
【期刊名称】《电源学报》
【年(卷),期】2013(000)003
【摘要】研究了一种有源钳位技术的交错并联反激型并网发电微逆变器,重点分析了有源钳位电路的工作原理,推导了用于硬件设计的计算公式并给出了设计方法.为了进一步提高效率,有源钳位电路被采用.最后,仿真与实验结果验证了分析结论和设计方法的正确性.
【总页数】8页(P64-70,90)
【作者】王志彬;方宇;赵齐齐;张金银;朱忠虎;张丽
【作者单位】扬州大学信息工程学院,江苏扬州225009;扬州大学信息工程学院,江苏扬州225009;扬州大学信息工程学院,江苏扬州225009;扬州大学信息工程学院,江苏扬州225009;扬州大学信息工程学院,江苏扬州225009;扬州大学信息工程学院,江苏扬州225009
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.双反激型光伏并网微逆变器的建模及控制 [J], 赵齐齐;方宇;张金银;黎文;王齐;谢勇
2.一种反激型光伏并网微逆变器的研究 [J], 程德荣;肖岚;胡望淼
3.单端反激有源钳位光伏并网微逆变器设计 [J], 赵坚;汪海宁;张晓安
4.有源钳位交错并联反激拓扑微型逆变器仿真研究 [J], 雷敏;孔令倩;邓昭俊;李丹
5.基于反激型并网微逆变器MPPT快速算法的研究 [J], 张丽;方宇
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反激式光伏并网微型逆变器功率解耦控制安少亮;孙向东;翟莎;任碧莹;邱伟祥【摘要】针对微型光伏并网逆变器体积小、效率高的要求,研究了反激式光伏并网微型逆变器的电路拓扑及其工作模态,加入了有源钳位吸收电路,并设计了一种功率解耦技术实现对直流侧功率波动的抑制.仿真与实验均搭建了1台额定功率为100W,输入电压31V,并网电压220 V/50 Hz的模型.仿真与实验结果表明,该微型逆变器可以可靠实现有源钳位技术,漏感能量吸收效果明显,功率解耦控制有效,达到预期目标.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2016(046)007【总页数】5页(P34-38)【关键词】反激变换器;有源钳位;功率解耦;微型逆变器【作者】安少亮;孙向东;翟莎;任碧莹;邱伟祥【作者单位】西安理工大学电气工程系,陕西西安710048;西安理工大学电气工程系,陕西西安710048;中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安710065;西安理工大学电气工程系,陕西西安710048;西安理工大学电气工程系,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM464光伏并网微型逆变器(简称微逆)是将单一的光伏电池组件输出的直流电直接转化为交流电,并能在较宽功率范围跟踪最大功率点,避免局部阴影造成整个光伏发电系统的发电量大幅下降问题[1-5],因此微逆的应用前景非常广阔。
但微逆输出功率中含有2倍工频频率的功率脉动,所以微逆的瞬间输入功率和输出功率不平衡,需要在光伏组件输出侧并联大容量电解电容抑制瞬时功率波动。
但因电解电容寿命较短,远低于微逆寿命要求,所以影响微逆寿命和稳定性。
近年来,国内外学者研究了多种功率解耦技术[6-11],使得微逆的解耦电容容量大大减小,从而将寿命较短的电解电容用小容量、长寿命的薄膜电容代替,以提高微逆的可靠性和使用寿命。
通过区别电路中解耦电容的加入位置,可以将解耦电路类型分为4类:光伏组件输出侧解耦、逆变器直流母线侧解耦、三端口电路解耦以及电网侧解耦[8-11]。
交错反激微功率光伏并网逆变器的设计摘要:对基于交错反激拓扑的微功率光伏并网逆变器(PVMI)进行分析与设计,交错反激并网逆变器分为交错反激和极性反转桥两部分,反激逆变器将PV 板输出的直流电变换为工频正弦双半波电流,再通过极性反转桥变换为正弦电流注入到电网。
分析推导了基于交错反激逆变器的并网电流控制原理,介绍了微逆变器的反激变压器设计和控制程序流程图,并调试了一台输出200W的PVMI。
实验结果表明,基于交错反激拓扑的PVMI结构简单,电流控制有效可行。
关键词:逆变器,光伏,交错反激。
Design of Photovoltaic Grid-connected Interleaved Flyback InverterAbstract: A grid-connected photovoltaic micro-inverter (PVMI) based on interleaved flyback topology is introduced and designed. The flyback micro-inverter includes flyback converter and DC/AC link transforms the low DC voltage of solar panels into dual-half-sine-wave current output, and the DC/AC link dual-half-sine-wave current into alternating current. This paper analyzes the current control of the flyback inverter, and give the design of the flyback transformer and the control of the program. A prototype is developed and experiments show that the micro-inverter is simple and the current control is effective.Keyword: inverter; photovoltaic; interleaved flyback1 引言目前光伏发电系统架构主要包括集中式,串式、交流模块式等。
专利名称:一种交错并联反激式微型光伏逆变器专利类型:实用新型专利
发明人:任一峰,姚舜才,陈昌鑫,罗驰,赵俊梅
申请号:CN202021966667.4
申请日:20200910
公开号:CN213043596U
公开日:
20210423
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型涉及光伏发电应用技术领域,并且公开了一种交错并联反激式微型光伏逆变器,其中包括一组DC/DC交错并联反激模块,该模块电路的输入与光伏组件连接,输出与DC/AC全桥逆变模块连接,DC/AC全桥逆变模块的输出与EMI滤波模块连接,经过EMI滤波之后输出符合国家并网要求的交流市电输送到电网,其中还包括了控制器模块,控制器模块分别去控制DC/DC交错并联反激模块和DC/AC全桥逆变模块。
本实用新型采用的交错并联反激电路有效的减小系统输出电流的谐波,提高了系统的输出功率,并且采用独立MPPT控制可以实时跟踪系统最大功率点,消除了因光伏波动而造成的功率损失,降低了产品成本,提高了系统的发电效率。
申请人:中北大学
地址:030051 山西省太原市尖草坪区学院路3号
国籍:CN
代理机构:太原科卫专利事务所(普通合伙)
代理人:朱源
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交错并联反激式准单级光伏并网微逆变器
季晓春;王建华;嵇保健;蔡守平
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2014(48)6
【摘要】独立光伏组件的微型逆变器能有效克服传统光伏系统存在的阴影问题.详尽介绍了某型准单级式交错并联微逆变器的设计、分析及其控制策略.该微型逆变器基于高频环节逆变技术,有效实现了初、次级电气隔离,解决了漏电流问题;采用有源箝位技术吸收漏感能量,实现了开关管的零电压开关(ZVS);采用变步长的扰动观察法实现最大功率点跟踪(MPPT),输入电压前馈方法可解决准单级式微逆母线电压崩溃问题.220 W样机实验验证了该方案及控制策略的可行性,整机MPPT效率为99.5%,最高效率达到95%.
【总页数】3页(P53-55)
【作者】季晓春;王建华;嵇保健;蔡守平
【作者单位】安科瑞电气股份有限公司,上海201801;东南大学,电气工程学院,江苏南京210096;南京工业大学,自动化与电气工程学院,江苏南京210000;安科瑞电气股份有限公司,上海201801
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.准单级交错并联反激式微型逆变器研究与测试 [J], 韩天宝;任一峰;李阳
2.Z源逆变器光伏并网系统光伏电池MPPT和逆变器并网的单级控制 [J], 丁新平;卢燕;钱照明;张民;杨水涛
3.推挽正激式准单级高频环节光伏并网逆变器 [J], 张杰;黄伏送;严斌;陈道炼
4.反激式光伏并网微逆变器不同工作模式的研究 [J], 周茜茜;汪海宁;戴云霞;张震
5.基于推挽正激电路的准单级式光伏并网逆变器仿真分析 [J], 陈峰;陈道炼
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收稿日期:2016-11-03基金项目:江苏省自然科学基金(BK20130740,BE2014876);第十二批六大高峰人才项目(2015-ZWDW-08);江苏省配电网智能技术与装备协同创新中心开放课题(XTCX2016-8)作者简介:水恒华(1980-),女,实验师硕士,主要从事智能电力设备研究.第31卷第4期徐州工程学院学报(自然科学版)2016年12月Vol.31No.4Journal of Xuzhou Institute of Technology(Natural Sciences Edition)Dec.2016交错并联反激式微型光伏逆变器的最大功率跟踪技术水恒华1,李 刚2,赵 永3,周阿毛4,顾 阳5(1.南京工程学院,江苏南京 210009;2.中国船舶重工集团南京鹏力科技有限公司,江苏南京 211153;3.中国能建安徽电力设计院有限公司,安徽合肥 230601;4.国家电网泰州供电公司,江苏泰州 225309;5.国家电网淮安金湖供电公司,江苏淮安 211600) 摘要:随着现代电力电子技术的发展,微型光伏逆变器将在智能建筑和分布式光伏扶贫工程中应用越来越多.文章针对交错并联反激式结构的微型光伏逆变器进行研究,在深入分析其主电路拓扑和工作原理的基础上,给出了基于扰动观察法的MPPT算法分析与设计.为进一步检验设计的有效性,在MATLLAB/SIMULINK中搭建了微型光伏逆变系统的仿真模型.仿真结果表明所提方案能够有效实现系统的最大功率跟踪.关键词:微型光伏逆变器;反激式;最大功率跟踪中图分类号:TM315 文献标志码:A 文章编号:1674-358X(2016)04-0088-05太阳能是清洁高效的可再生能源,大规模发展光伏产业对解决日益严峻的全球气候和能源危机具有十分重要的作用.高性能逆变器是光伏产业链中的核心装备,近几十年来,国内外公司突破了多项关键技术,并生产了一系列产品.随着分布式光伏和光伏扶贫的不断深入推广,具有输出效率高、成本低、寿命长等优点的微型光伏逆变器以其在分布式发电领域中独特的优势,在未来将产生更多的发展机遇[1-4].在微型光伏逆变器的设计与研究方面,欧美发达国家涌现了不少高科技公司,如德国SMA公司、美国EnphaseEnergy科技有限公司、德国Kaco新能源股份有限公司、以及美国SolarBridge技术公司等.近年来,国产微型光伏逆变器厂家也逐渐崭露头角,如英伟力公司、昱能科技有限公司.其中,英伟力公司的MAC250产品于2010年底正式在海外销售,标志着中国微型逆变器的发展已经跟上国际发展的步伐.此外,昱能科技有限公司所成功研发的三相微型逆变器产品,也标志着国产化微型光伏逆变器技术的再一次突破.表1给出了主流产品的产品数据.表1 主流微型逆变器数据制造商型号额定输入功率/W最大输入电压/VMPPT电压/V并网额定电压/V并网电压范围/VCEC加权效率/%Enphase M250-60 240 48 27~39 240 211~264 96.5Solarbridge P235LV-240 225 48 18~36 240 211~264 94.5Enecsys 250NL 250 44 24~35 230 195~260 95.5Involar MAC250A250 50 22~42 220 195~253 93.1APS YC250-CN 250 55 22~36 220 187~270 94.0微型光伏逆变器的关键技术主要分3个方面:高频隔离变换器的拓扑选型和参数设计,系统最大功率跟踪技术,并网控制和防孤岛技术研究.文章重点针对交错并联反激式拓扑的微型光伏逆变器最大功率跟踪技术开展研究,基于扰动观察法并引入变步长控制,来减少算法在峰值点的波动,同时可提高MPPT算法的跟·88·DOI:10.15873/ki.jxit.000129踪速度.本文介绍了交错并联反激式微型光伏逆变器的结构与工作原理,给出了基于扰动观察法的MPPT算法设计与分析,并在MATLLAB/SIMULINK中开展相关仿真研究,验证设计的正确性.1 交错并联型反激式微型光伏逆变器的构成及工作原理双路交错并联型反激式微型光伏逆变器的主电路拓扑与系统构成如图1所示.该结构采用反激式变换器双路交错并联交替工作,不仅能够减小逆变器输出电流脉动,还能够提高逆变器功率等级.同时,并联结构还提升了整个逆变器系统的运行可靠性以及装置的使用寿命.图1 双路交错并联型反激式微型光伏逆变器拓扑结构双路交错并联反激式微型光伏逆变器采用同一调制波,二者三角载波相位偏差180°,能够实现反激电路的交错输出.双路交错并联反激式微型光伏逆变器由前级DC/DC电路和后级DC/AC电路两部分共同组成.前级反激变换器电路部分包括:输入电容Cin,反激式变压器T1、T2,主功率开关管Q1、Q2,整流二极管D1、D2.后级DC/AC电路部分实现并网前的换向,由4个晶闸管S1、S2、S3、S4组成H桥电路.上述电路的主要工作过程:光伏电池板输出直流电,经过反激变换器后变成正弦半波,该信号经过H桥电路换向后变为正弦全波,通过LC型输出滤波器滤波后并网.在上述工作环节中,并网逆变器的输出电压值受电网电压钳位为恒定值,因而需要调节逆变器的输出电流来控制其输出功率;在DC/DC变换环节,主功率开关管采用SPWM调制技术进行驱动控制,并联的反激式变压器主要作用是功率变换过程中的能量存储与释放.2 交错并联型反激式微型光伏逆变器的MPPT设计光伏发电系统受光照强度、环境温度等外界条件约束与影响,为提高光伏发电系统的能量转换效率,需要在逆变器控制算法设计上实时跟踪太阳能电池板的最大功率点.目前,被广泛应用于实际光伏逆变器中的最大功率跟踪算法主要有扰动观测法和电导增量法.当然,也有一些学者,应用高级智能控制方法开发了智能型MPPT技术,如模糊控制技术、仿生技术和神经网络技术等智能型MPPT方法.为了降低成本,基于无电流传感器的MMPT技术也引起了广大关注[5-6].略显遗憾之处的是类似高级控制策略在具体工程实现时,会增加数字控制器的硬件资源开销及控制器选型设计成本,故难以满足微型逆变器的成本需求,本文主要讨论光伏发电最大功率跟踪技术中常用的扰动观察法.扰动观察法的基本原理是通过扰动光伏电池的输入电压或输入电流,然后测量光伏电池板输出功率的变化,通过比较当前输出功率和扰动前的输出功率的差值,确定下一次对输入电压或电流的扰动方向,直到光伏电池工作在最大功率点为止.根据扰动观察法的描述可知,采用上述MPPT控制策略不可避免地在光伏电池的最大功率点附近存在来回扰动.因而,引入变步长控制方法,以减少控制算法在峰值点的回来波动,且能提高MPPT算法的跟踪速度.图2给出了基于扰动观察法的MPPT控制算法设计.·98·水恒华,等:交错并联反激式微型光伏逆变器的最大功率跟踪技术图2 基于扰动观察法的MPPT算法设计3 交错并联型反激式微型光伏逆变器的MPPT算法仿真表2给出本文所设计的微型逆变器的主要参数,并在MATLAB/SIMULINK中搭建了交错并联型反激式微型光伏逆变器的仿真模型,开展了基于扰动观察法的最大功率跟踪算法的仿真验证.表2 微型光伏逆变器的主要参数项目参数PV输入最大功率为2Pi(Pi为单路反激功率)120W×2PV侧额定输入电压Uin40VPV侧输入电压范围Udc,min~Udc,max20~60V电网额定电压Ugrid220 Vrms/50Hz电网电压波动范围Ugrid,min~Ugrid,max200~270 Vrms/50Hz逆变器开关频率fs40kHz为进一步观察光照强度和环境温度对光伏电池输出功率的影响,本节先给出两个因素对光伏电池输出特性的影响模拟.1)不同光照强度下的光伏电池特性模拟光伏电池在不同光照强度下的I-U和P-U特性曲线,如图3所示.光伏电池的输出电流与光照强度成正比,随着光照强度的增强,光伏电池的输出电流变大2)不同温度下的光伏电池特性模拟光伏电池在不同温度下的I-U和P-U特性曲线,如图4所示.·09·徐州工程学院学报(自然科学版) 2016年第4期图3 不同光照强度下光伏电池I-U、P-U特性曲线图4 不同温度下的光伏电池I-U、P-U特性曲线 如图4所示,可以明显地看出输出的最大功率随着光照强度的增加而增加,而且增加的幅值比较大.图5所示为针对双路交错并联型微型光伏逆变器的MPPT跟踪技术的算法仿真,通过检测光伏电池输出的电流电压值来实时调整反激式变换器的主功率开关管占空比D.仿真时,假定当前环境温度一定,但光照强度发生变化.图5 基于扰动观察法的最大功率跟踪图从仿真结果可见,在光照强度由1400W/m2下降至1000W/m2,以及由1000W/m2变为1200W/m2,微型光伏逆变器均能够跟踪捕获电池的最大输出功率输出.4 结语太阳能是清洁高效的可再生能源,大规模发展光伏产业对解决日益严峻的全球气候和能源危机具有十分重要的作用.未来,微型光伏逆变器在分布式光伏和光伏扶贫中将会扮演重要角色.本文介绍了交错并联反激式微型光伏逆变器的结构与工作原理,给出了基于扰动观察法的MPPT算法设计与分析,并在MATL-·19·水恒华,等:交错并联反激式微型光伏逆变器的最大功率跟踪技术LAB/SIMULINK中开展相关仿真研究,且仿真结果验证了所提方案的正确性.参考文献:[1]王璐.微型光伏并网逆变器研究[D].南京:南京航空航天大学,2012.[2]董汉菁.交错并联反激式光伏微型逆变器控制策略研究[D].杭州:杭州电子科技大学,2015.[3]孙尧,粟梅,王海龙,等.一种双交错反激式光伏并网微逆变器及其控制方法:中国,CN102931678A[P].2013-02-13.[4]马超,张方华.有源钳位反激式光伏微型并网逆变器输出波形质量的分析和改善[J].中国电机工程学报,2014(3):354-362.[5]CHOI B,JANG J,KIM Y,et al.Currentsensorless MPPT using photovoltaic AC module-type flyback inverter[C].//IEEEIntemational Symposium on Industinl Electronics.IEEE,2013:1-6.[6]LEE J H,LEE J S,LEE K B.Current sensorless MPPT method for a PV flyback microinverters using a dual-mode[C].//Intemational Power Electoronics Conference,2014:532-537.Research on Maximum Power Point Tracking for Micro Inverter with aFly-back and Interleaved TopologySHUI Henghua1,LI Gang2,ZHAO Yong3,ZHOU Amao4,GU Yang5(1.Nanjing Institute of Technology,Nanjing 210009,China;2.Nanjing Pengli Company of Technology,Nanjing 211153,China;3.Anhui Electric Power Design Institute,Hefei 230601,China;4.State Grid of Taizhou Company,Taizhou 225309,China;5.State Grid of Jinhu Company,Hai'an 211600,China) Abstract:With the development of modern power electronics technology,micro-PV inverters will beapplied in intelligent buildings and distributed PV poverty alleviation projects.In this paper,the MPPT al-gorithm based on the improved perturbation observation method is analyzed and designed based on the a-nalysis of the topology and working principle of the micro-PV inverter with staggered parallel flybackstructure.To further test the effectiveness of the design,a simulation model of the micro-photovoltaic in-verter system is built in MATLLAB/SIMULINK.The simulation results show that the proposed schemecan effectively achieve the maximum power tracking of the system.Key words:micro photovoltaic inverter;flyback;MPPT(编辑 崔思荣)·29·徐州工程学院学报(自然科学版) 2016年第4期。
交错并联反激式准单级光伏并网微逆变器安科瑞袁燕摘要:独立光伏组件的微型逆变器能有效克服传统光伏系统存在的阴影问题。
详尽介绍了某型准单级式交错并联微逆变器的设计、分析及其控制策略。
该微型逆变器基于高频环节逆变技术,有效实现了初、次级电气隔离,解决了漏电流问题;采用有源箝位技术吸收漏感能量,实现了开关管的零电压开关(ZVS);采用变步长的扰动观察法实现最大功率点跟踪(MPPT),输入电压前馈方法可解决准单级式微逆母线电压崩溃问题。
220W样机试验验证了该方案及控制策略的可行性,整机MPPT效率为99.5%,最高效率达到95%。
关键词:微逆变器;高频环节;最大功率点跟踪Abstract:To overcome the traditional photovoltaic systems have low overall output power caused by the partial mask,proposed a single PV module for a single micro-inverter topology and its control ing single-stage interleaved flyback converter,In order to overcome problem of flyback transformer primary side leakage,using Active block circuit to absorb the leakage inductance energy,achieving a zero-voltage switching tube switch, increases machine efficiency.Gives a system based on digital signal processor control process,the system uses a variable step size perturbation and observation method to achieve the maximum power point tracking,making each photovoltaic panels working on the maximum power point.Build a experiment prototype to verify the topology and control strategy is feasible solutions.Keywords:Micro inverter;Flyback;DCM mode;MPPT1引言传统集中式、组串式光伏并网发电系统通过对光伏电池板的串并联,在有效提高母线电压后,供给并网逆变器将电能输送到电网。
准单级交错并联反激式微型逆变器研究光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心,正不断地向高效率、高可靠性、高功率密度及低成本方向发展。
安装灵活、转换效率高、价格便宜的微型逆变器已成为这几年的研究热点。
本文研究了光伏并网微型逆变器的拓扑结构、控制策略,搭建的仿真模型验证了理论分析的可行性,并设计了微型光伏并网逆变器实验平台。
本文研究的微型逆变器采用两级拓扑结构。
对比了不同DC-DC拓扑结构,前级采用了交错并联反激式变换电路。
对比了不同AC-AC拓扑结构,后级采用了全桥逆变器电路。
加入的有源钳位电路提高了转换效率,EMI采用LC滤波电路。
在Simulink 中搭建整体系统仿真模型,验证了该拓扑选择能够满足光伏并网微型逆变器的要求。
针对最大功率点跟踪(MPPT)控制算法,提出了改进的扰动观察法,在Simulink中搭建了仿真模型,验证该算法跟踪效果好、反应灵敏。
计算拓扑电路的主要元器件参数、选择合适元器件型号,设计了微型逆变器的硬件电路。
在实验室搭建了一台250W的光伏并网发电微型逆变器实验平台,进行了并网实验和逆变器转换效率统计。
实验波形验证了本文的理论分析的可行性,实现了光伏并网发电的基本功能,逆变器输出电流总谐波符合国家规定的并网标准,逆变器转换效率也较为理想。