[发明专利]一种单相光伏并网微逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相光伏并网微逆变器。

背景技术

目前我国光伏电站的建设模式不再一味求大，建设重点逐步由集中建设的兆瓦级示范电站向靠近用户侧的小型分布式电站转移。为了鼓励分布式电站建设，国家能源局文件(国能新能[2015]73号)规定，“对屋顶分布式光伏发电项目及全部自发自用的地面分布式光伏发电项目不限制建设规模，各地区能源主管部门随时受理项目备案，电网企业及时办理并网手续，项目建成后即纳入补贴范围。”同时，分布式光伏并网逆变技术近年来也取得了高速发展，通过将微型逆变器(功率等级一般在100-500瓦)与单个光伏组件集成进行并网发电成为一个新的研究热点。这种集成模式具备高效率、高可靠性、扩展灵活、组装简便等优势，容易实现光伏发电系统的模块化和家电化。所以，微型逆变器在今后一段时间内必将成为光伏产业发展的一个关键点，在中小功率光伏应用领域中前景广阔、市场潜力巨大。

目前常见的光伏并网系统一般都存在光伏组件的串并联，这些光伏系统结构中最大功率跟踪针对的是整个串并联光伏阵列，无法兼顾到每个光伏组件。当某个光伏组件上出现阴影的变化、污垢和面板老化问题，都会对另外的各个组件电压构成影响，从而引起整个串联支路的输出电压发生变化。因此，太阳能光伏系统架构极易受到实际操作环境的影响。例如只要几块电池板有阴影或树叶遮蔽，整个系统的发电量便会大幅度地下跌。只要有的电池板面积被遮盖,系统的总发电量便会下跌。随着时间的推移,被遮蔽的电池板面积会越来越大,太阳能系统的效率就会受到严重的影响。微型逆变器将是其中一个替代解决方案,它能够在面板级实现最大功率点跟踪,拥有超越中央逆变器的优势。能够在每块光伏组件取得最佳功率点，而无需进行串行光伏组件串联配置，可以最大限度地减少阴影问题。所以，微型逆变器的出现和使用是一个必然趋势。

传统方法中应用大容量电解电容作为解耦元件虽简单，但严重制约了微型逆变器的使用寿命。应用功率解耦技术减小解耦电容的容值，就可以用长寿命的薄膜电容替代解耦电容，从而延长逆变器的寿命，也增强了系统的可靠性。要实现功率解耦、降低电容容值的目的，目前已发展出一些特殊的电路拓扑及控制方法，主要有有源滤波(APF)法、解耦电路串联法、单级反激逆变器变换法、多级逆变器解耦法、三端口解耦法等。

有源滤波(APF)法，结构简单，控制简单，但解耦电容容值减小不多。有源滤波法是在光伏组件的输出侧并联解耦电路，应用有源滤波技术，通过控制解耦电路注入直流母线的电流在保证光伏组件输出电流的平滑性的同时使逆变器输出所需的瞬时功率。其优点是解耦电路与逆变器电路分开工作，互不影响。但是，若使用薄膜电容需要将容值进一步降低，为保证解耦电路正常工作，需从交流输出侧引入一个工频变压器给解耦电路提高能量，这样必然会对逆变器输出的交流电流质量受到影响。

解耦电路串联法，解耦电路的控制较独立，容易实现，但是光伏组件输出的所有功率都会经过解耦电路，这会增加损耗和开关管的电压电流应力。解耦电路与光伏组件串联，不仅可以实现功率解耦的目的，控制方法较简单，同时光伏并网逆变器中的MPPT功能也可以由解耦电路完成。可以将其视为两级电路，光伏组件输出的功率先经过DC级的功率解耦，再经过逆变器输出到电网。通过DC变换器，可以将解耦电容上的平均电压和电压纹波加大，从而减小电容容值，除解耦外，DC变换器还能用于实现MPPT功能。

单级反激逆变器变换法，所用元件少，电容电压较低，各开关管电压应力小，但解耦电路与光伏组件不隔离，在控制方法的设计上需要考虑减少解耦电路对光伏组件输出特性的影响，所以控制较复杂。基于单级反激逆变器开发出的解耦技术大都是在光伏组件输出侧的解耦。在传统单级式反激逆变器原边加入解耦电路，结合控制方法，既能完成传统光伏并网逆变器的功能，还能减小解耦电容所需的容值。基于该方法的解耦电路控制方法都比较简单，但存在二次充磁的问题，即光伏组件输出的能量先存储在解耦电容中，再输出至电网，解耦电容上处理了光伏组件输出的全部能量，会降低逆变器效率。

多级逆变器解耦法，通过一级DC/DC将直流母线电压升高，从而使降低电容更加方便，但母线高电压以及电压纹波会引起的逆变器输出电流的畸变，所以在逆变器的控制方法上需要进行修正，以减小影响。在多级微型逆变器中，可以将解耦电容并联在DC母线上。DC母线上电压可以很高，也允许较大的纹波，使减小解耦电容容值更为方便。使用该方法时，母线前后两个不同的电路分别控制输入功率和输出功率，若功率不平衡将会使电容电压无限升高造成永久性破坏，所以两个电路在功率控制上需要很好的同步，以保证能量守恒和稳定的母线电压。