[发明专利]直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电领域，更具体地说，是一种应用功率解耦电路的光伏发电微型逆变器及其控制方法，即直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器及控制方法。

技术背景

太阳能作为一种无污染可再生的新能源，具有非常广阔的应用和发展前景,随着石油、天然气等自然资源的日益紧张，以及面临全球气候变化异常的严峻形势，清洁的可再生能源日益受到重视。光伏发电在其中占据了重要的地位，它为解决生产生活的能源供给和改善环境污染问题提供了一条可靠途经。

微型光伏并网逆变器由于其效率高、扩展简单方便、易于安装、整体可靠性高等优点,越来越受到人们的关注。将微型逆变器与单个太阳能光伏阵列相结合构成交流模块成为了一种很有前景的设计,这也要求逆变器需要与光伏阵列的寿命相匹配。

在太阳能光伏并网发电系统中,太阳能光伏阵列经MPPT^[1]后输出功率为恒定的最大功率,而并网逆变器输出功率呈现周期性脉动的特性,因此在并网逆变器的直流输入侧需要并联很大的电解电容来实现太阳能光伏阵列输出功率与并网逆变器输出功率的解耦。但电解电容的引入不仅增加了整个太阳能光伏并网发电系统的体积,而且极大的缩短了太阳能光伏并网发电系统的使用寿命,降低了太阳能光伏并网发电系统的可靠性。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，本发明旨在提高逆变器的寿命和可靠性，应用功率解耦电路减小直流母线侧电容的容量，以小容量长寿命的薄膜电容代替大容量短寿命的电解电容，设计微型光伏并网逆变器。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器，包括：主电路为依次相连的光伏电池板、移相全桥电路、高频变压器、全桥整流电路、直流母线电容、功率解耦电路和逆变电路；控制和驱动电路包括光伏输出电流采样电路、光伏输出电压采样电路、功率MOSFET驱动电路、电容电压采样电路、并网电流采样电路、锁相环电路、DSP控制器。其中光伏电池板为装置提供直流电能，移相全桥电路用于实现直流到高频交流的逆变，所得的高频交流电经过高频变压器后，由低压的高频交流电转变为高压的高频交流电，然后再经过二极管全桥整流，把高压高频交流电变换为电压较高的直流电，再经过功率解耦电容和功率解耦电路，把电压较高的直流电转化为脉动的直流电，最后通过逆变电路将脉动的直流电流转化为正弦交流电流，注入到公共电网实现并网运行；DSP控制器通过光伏电流输出采样电路、光伏输出电压采样电路采集光伏电流、电压，DSP控制器通过功率MOSFET驱动电路调节移向全桥电路占空比，DSP控制器通过电容电压采样电路采集直流母线电容电压及结合功率解耦驱动电路控制功率解耦电路，DSP控制器通过并网电流采样电路、锁相环电路对逆变电路进行双闭环控制。

所述的光伏电池板包括与其并联的输出滤波电容，所述的移相全桥电路由4个反并联二极管的功率MOSFET组成，输入端与光伏电池板和滤波电容连接，输出端串联一个谐振电感和一个滤波电容与高频变压器的输入端相连；所串联的滤波电容的作用是为了滤除前级高频逆变电路输出中的直流成分，谐振电感的作用是为了与功率MOSFET输出的寄生电容形成谐振。

所述的高频变压器输出端直接与全桥整流电路输入端相连，全桥整流的输出端的正极连接一个阻塞二极管的阳极，阻塞二极管阴极与直流母线电容的一端和功率解耦电路的电感相连。

所述的功率解耦电路由第一开关管及其反并联的二极管、第二开关管及其反并联的二极管、一个电感和一个电容组成，其中电感和第一开关管先串联再并联至直流母线电容上，第一开关管的漏极与电感相连，源极与直流母线电容相连，第二开关管和电容串联再并联在第一开关管上，第二开关管的源极与电容相连，漏级与第一开关管的漏级和电感相连。

所述全桥逆变电路是由4个反并联二极管的功率MOSFET构成的，选用SPWM调制方式，输出端串联一个滤波电感，最终控制输出与电网电压同频同相的正弦电流波，所述直流母线电容和解耦电容均为小容量长寿命的薄膜电容。