background image

表 1

  光伏直 流变换器主电路拓扑的类型

[ 1 4]

直流变换器

特点

直
接
变
换

Buck 变

换器

    如图 2, S、D、L、C 组成降 压斩 波器, 调 节 S 的

开通占空比 可调节负载电压, 以调节 光伏阵列 工作
点。设置 CS是为了保 证光 伏阵 列输 出电流 连续 ,
以免发电功 率损失。结构简单、效率高、

易控 制。

B oost 变

换器

    如图 3, L、S、D、C组 成升压 斩波器 。当 S 开通

时, L储能 ; S关断 时, L 所储 磁能 转化 成的 感应 电
压与光伏阵列 输出电压串 联相加 向负载 供电, S的
开通占空比增 大时 输出 电压 增大。 适当 调节占 空
比, 可调整光伏阵 列输 出电 压, 使其 处于 最大功 率
点电压, 且该电路可将光伏 阵列输 出电压升 高。结
构简单、效率高、易控制, 但不 能进行降压变换。

降 压 -
升 压 变
换器

    又 称为 Buck- Boost变 换器、反号 变换 器, 由

在 Buck变换器后串 接一 Bo ost变 换器组合而来, 既
可降压, 亦可升 压。要 求输 出电 压一定 时, 输入 电
压允许变化 范围较大。

Cuk 变

换器

    又称 Boost- Buck串联变换 器、升压 - 降 压变

换器, 由在 Boost变换器后串接一 Buck变换器 组合
而来, 兼有 Buck电路输出电流连续 和 Boo st电 路输
入电流连续的 优点, 输出电压 可高于 或低于光 伏阵
列输出电压 。

间
接
变
换

单 端 正
激

变

换器

    如图 4, 在 S开通时, 光伏阵列经变压器 T向 C、R

馈电, 调节占空比或 T 的变比, 可调节输出电压, 多用
于小容量的降压电路。需采取磁芯复位措施。

单 端 反
激 式 变
换器

    如图 5, 在 S关断 时, 光 伏阵 列 经变 压器 T 向
C、R 馈电, 故称 为反 激式。 具有 元件少 、易实现 多

路输出的优 点。但变压器的励磁电流仍为 单向。

推 挽 变
换器

    多 用 于 中 小 型直 流 变 换 器 中, 变 压 器 利 用

率低。

桥 式 变
换器

    按变压 器原边 开关 所接拓 扑, 有全 桥、半桥 之

分。变压器磁 芯的利用率高。

    Buck(降压 )、Boost( 升压 ) 主电 路是最基 本的 变换器

拓扑, 由此可派生出多种组合结构。表 1所列 4种直流斩
波器的输入输出的一根线 均是共 用的, 故统 称为 ! 三端开
关式稳压器

∀

[ 4]

。

带高频变压器隔离的多种间接变换器拓扑分别派生于

各基本 DC- DC变换器, 亦称为直 - 交 - 直变换器, 其克服
了直流斩波器输入输出不隔 离、输入输出电 压或电流比 受
限制、

不能实现多 路输出 的局限, 常用 于直 流光伏 输电 线

路、

逆变器和负荷间 的电压匹配变换 等场合。表 1中的 全

桥、

半桥、

正激、推挽 变换 器是 基于 Buck的 隔离变 换器 拓

扑; 反激式变换器则是 Buck- Boost变换器的隔离方案。

2

  光伏逆变电路

! 逆变 ∀是将直 流电 变换 为极 性周 期改 变的 交流 电,

其为

! 整 流 ∀ 的 ! 逆 向 ∀ 过 程。逆 变 电 路 有 多 种 分 类 方

法

[ 1 3]

: 按直流 侧 滤波 器, 分 为 电压 源 型 (采 用 大 电 容滤

波 ) 和电流源型 (采 用大电 感滤 波 ); 按 主电路 拓扑, 分为
推挽、桥式 (全桥、半 桥 ) 、组合 式、多电 平逆 变器; 按 输出
电压波形要求, 分为方波、阶 梯波、正弦波逆变器。

离网型光伏发电系统中的逆变器多采用电压源型逆变

器。随着全控型电力电子器件和脉宽调制技术的进步, 采用
桥式主电路、

以标准正弦波作为 PWM 调制波的正弦脉宽调

制 ( SPWM )技术是目前应用最广泛的电压源逆变 器控制技
术, 为了使逆变器输出电压滤波后尽量正弦化, 出现了选择
性消谐波等优化的 PWM 技术

[ 2]

。在此基础上, 进一步出现

了以控制输 出电流 正弦化 为目标 的电流瞬 时值 滞环 跟踪

PWM 控制技术和针对三相桥式电压型逆变器的电压空间矢

量 PWM ( SVPWM )技术。 SVPWM 具有直流电压利用率高、动
态响应快、

开关损耗低、输出电压波形的总谐波畸变率低等

优点

[ 5]

, 在三相电压型逆变器控制中的应用日益广泛。

2. 1  离网型光伏发电逆变电路

离网型光伏发电逆变电 路一般采用电压源型逆变器。

图 6为单相全桥电压源型逆变器结构 示意图。

图 6

  单相电压源型逆变器主电路

图 6中, C

S

为直 流侧滤 波电容, L

1

、C

1

为交 流输出滤

波器, T 为变压器。

离网型三相光 伏发电系统 中的逆 变器主 要有 两种形

式

[ 5]

: 其一, 采 用图 6 所 示 的三 个 单 相 全桥 逆 变 器 组合

( 例如并联 )为三相电压源逆 变器, 其 存在元 器件多、成本

高、体积大的缺点; 其二, 采用图 7所示的三相半桥电压源
型逆变器, 其利用三桥臂构成的变换器取替三组单相全桥
逆变器, 具有结构简单、成本 低、体积小的优点, 应用广泛。

2. 2  并网型光伏发电逆变电路

并网型光伏发 电逆变电路 的控制 目标是 使逆 变器输