獨立／并網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，給出逆變時不同工作模式下的控制框圖，并采用前饋控制方法對其進行改進。提出了一種基于芯片UTC4053的電路切換方法來實現并網和獨立兩種工作模式的轉換。最后研制出一個1 kW的實驗樣機來驗證方案的可行性。
關鍵詞：逆變器；獨立模式；并網模式

1 引言
逆變系統作為光伏發電核心，目前基本是獨立或并網工作運行。若將兩者有效結合，則可進一步拓展系統應用范圍，簡化結構，減少投資。此處提出一種獨立／并網雙工模式逆變系統。該系統通過隔離型全橋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控制方法降低開關損耗；通過全橋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。最后提出一種新型的電路切換方法，用以實現工作模式的轉換。

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

工作過程分為兩步：
(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關管結電容和變壓器漏感實現電路ZVS，以此減小開關損耗，提高系統效率；另一方面增加隔直電容來解決因開關管特性不一致，而使變壓器初級產生直流分量，從而導致的偏磁問題。
(2)后級全橋逆變器將400 V的穩定高壓直流輸入逆變為220 V／50Hz的正弦交流輸出。
該部分通過單極性倍頻SPWM方式以較低的開關頻率實現2倍等效開關頻率，以此降低開關損耗，且有助于消除諧波，提高電能輸出質量。當并網開關打開時，系統獨立運行，給負載供電；當開關閉合時，系統并網運行，輸出饋入電網。

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的電壓電流雙環控制方法，如圖2所示。

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