基于APFC芯片控制的光伏并網逆變器研究

摘要：提出一種基于有源功率因數校正(APFC)芯片控制的小功率光伏并網逆變器方案。該逆變器包括直流變換環節和逆變環節。其中直流變換環節采用APFC芯片控制將光伏電池板的直流低電壓變換成正弦雙半波的直流電，逆變環節采用工頻全橋逆變電路將正弦雙半波電流變換為交變電流注入電網。新方案中并網逆變器的并網控制采用APFC芯片實現，而實時控制要求低的最大功率點跟蹤(MPPT)、孤島保護可采用低價的單片機實現。新方案具有成本低、開發和電流采樣容易等優點。通過一臺300W的樣機證明了系統方案是正確有效的。
關鍵詞：并網逆變器；光伏；有源功率因數校正

1 引言
太陽能光伏發電有離網型和并網型兩種，前者一般需要大容量的蓄電池支持，系統成本和維護費用高，發電效率受負載影響大：而后者可以克服以上不足，因此在光伏發電系統中所占比例將越來越高。
目前，光伏并網發電系統多采用光伏電池板陣列共用一個并網逆變器的方案，進行MPPT時無法兼顧系統中每塊電池板，單塊電池板的利用率較低、系統抗局部陰影能力差，且系統擴展靈活性不夠。采用單電池板供電的微功率或小功率光伏并網逆變器則具有很強的抗局部陰影能力，且安裝方便，系統冗余度高、可靠性高。但與此同時，對成本要求更加嚴苛。

2 系統方案
2．1 基于APFC芯片控制的并網逆變器
針對小功率或者微功率并網光伏逆變器應用場合，提出的基于APFC芯片控制的光伏并網逆變器新型系統方案框圖如圖1所示。其中DC／ DC變換環節采用APFC芯片控制實現將光伏電池板的直流低電壓變換成正弦雙半波的直流電，既實現了升壓又實現了正弦雙半波調制。逆變環節將前級輸入的正弦雙半波直流電經過一個低頻全橋逆變成交流電直接并網。系統方案中的DC／DC環節可采用單級式或兩級式的功率變換。圖中DC／DC環節以兩級式拓撲為例。

在并網逆變器控制中，相對于MPPT、孤島保護，并網控制的實時性要求高，因此需要用高性能的數字控制器，這無疑會增加系統成本，特別對于小功率或微功率的并網逆變器。而新的系統方案有以下優勢：①由于并網控制采用APFC芯片，則可采用低價的單片機實現實時性要求低且簡單的MPPT、孤島保護控制，從而有效降低成本；②由于APFC技術較成熟，因此并網電路的調試也簡單，不需要編寫復雜的并網控制程序，縮短開發時間和開發成本；③由于采用正弦雙半波調制，再經過一個低頻橋逆變的結構，此時正弦雙半波調制輸出的電流采樣可以通過采樣電阻很方便地得到。