单相电流源并网光伏逆变器的设计与分析详细资料说明

　　本文研究了用于光伏（PV）应用的150W单相电流源并网逆变器的性能。恒流源采用大直流环节电感实现，逆变器采用单升压开关、H桥逆变器和CL输出滤波器实现。尽管直流环节电感导致逆变器的效率低于等效电压源逆变器，但由于零电流切换和元件数量较少，因此成本较低。此外，使用升压开关可以很容易地控制输出电流，并提供简单的开环和前馈控制。本文从输出功率、总谐波畸变和功率因数等方面对vwin 和测量的逆变器性能进行了比较。此外，还通过仿真研究了概念对高功率（1.2千瓦）逆变器的扩展。

　　最近，人们对我们依赖化石燃料的使用提出了严重的担忧，因为这污染了我们的环境，而且供应有限。因此，太阳能等可再生能源因其对环境友好和提供模块化安装而备受关注。光伏并网逆变器（GCI）的研究重点是在满足电网要求的同时，降低成本，提高性能和可靠性。

　　光伏逆变器需要在光伏阵列的最大功率点（MPP）运行，以最大化其输出功率。单相逆变器固有的输出功率波动是电源频率的两倍。这会导致光伏输出功率降低，增加逆变器输出的谐波含量。因此，光伏逆变器采用一个储能元件来减小纹波。电容器或电感器的使用分别决定了它们是电压源逆变器（VSI）还是电流源逆变器（CSI）。传统的地面通信系统主要是VSI，其成本低、效率高。然而，VSI的一个重要可靠性问题是大型直流环节电解电容器。CSI可以提供更简单的控制要求，也可以避免直流链路电容器的需要。然而，他们需要一个直流环节电感和损耗，大小，重量和成本的电感是重要的关注。

　　早期的GCI是电流源型的，它利用线频换流开关产生方波输出电流。虽然这个概念很简单，但是输出电流需要大量的滤波以满足电网谐波标准〔1〕。最近人们对在小型光伏应用中使用脉宽调制控制的CSI〔2-5〕有了兴趣。提出了一种基于GTO的H桥并网CSI，采用脉宽调制（PWM）控制，但发现输入直流环节电感损耗会显著降低逆变器的效率。文献中的另一种拓扑结构是一种线路换相软开关CSI，它由IGBT和二极管作为谐振开关和H桥逆变器组成，效率更高。然而，逆变器的控制更加复杂，元件数量也增加了。这也增加了逆变器的成本。提出了一种基于开关型整流器（SMR）和H桥逆变器的拓扑结构。

　　为了降低逆变器的成本，提高性能和可靠性，本文对光伏并网电流源逆变器拓扑结构进行了详细的分析。对系统进行了详细的分析，包括在储能需求和光伏阵列输出功率因纹波而降低之间的权衡，以及在额定输出功率下储能需求和输出THD之间的权衡。此外，还研究了低通滤波器参数的选择，以最大限度地提高逆变器的性能和效率。

　　该系统由两个阶段组成（见图1）。在第一阶段，光伏阵列与一个类似于升压变换器的电路相连，该电路具有足够大的输入电感，使光伏电流在一个基本（50赫兹）周期内相对恒定。光伏阵列和输入电感的组合可以作为恒流源。该电路中的升压开关起到电流波形整形器（WS）的作用，用于产生脉宽调制（PWM）输出电流，其基本元件是与电网电压同步的全波整流正弦波。第二级变换器由一个带晶闸管的行频整流H桥组成，它将正弦波电流展开（反转极性）以产生交流输出电流。利用低通滤波器（CL）去除高频PWM元件，产生正弦输出电流。