基于APFC芯片控制的光伏并网逆变器研究

摘要：提出一种基于有源功率因数校正(APFC)芯片控制的小功率光伏并网逆变器方案。该逆变器包括直流变换环节和逆变环节。其中直流变换环节采用APFC芯片控制将光伏电池板的直流低电压变换成正弦双半波的直流电，逆变环节采用工频全桥逆变电路将正弦双半波电流变换为交变电流注入电网。新方案中并网逆变器的并网控制采用APFC芯片实现，而实时控制要求低的最大功率点跟踪(MPPT)、孤岛保护可采用低价的单片机实现。新方案具有成本低、开发和电流采样容易等优点。通过一台300W的样机证明了系统方案是正确有效的。
关键词：并网逆变器；光伏；有源功率因数校正

1 引言
太阳能光伏发电有离网型和并网型两种，前者一般需要大容量的蓄电池支持，系统成本和维护费用高，发电效率受负载影响大：而后者可以克服以上不足，因此在光伏发电系统中所占比例将越来越高。
目前，光伏并网发电系统多采用光伏电池板阵列共用一个并网逆变器的方案，进行MPPT时无法兼顾系统中每块电池板，单块电池板的利用率较低、系统抗局部阴影能力差，且系统扩展灵活性不够。采用单电池板供电的微功率或小功率光伏并网逆变器则具有很强的抗局部阴影能力，且安装方便，系统冗余度高、可靠性高。但与此同时，对成本要求更加严苛。

2 系统方案
2．1 基于APFC芯片控制的并网逆变器
针对小功率或者微功率并网光伏逆变器应用场合，提出的基于APFC芯片控制的光伏并网逆变器新型系统方案框图如图1所示。其中DC／ DC变换环节采用APFC芯片控制实现将光伏电池板的直流低电压变换成正弦双半波的直流电，既实现了升压又实现了正弦双半波调制。逆变环节将前级输入的正弦双半波直流电经过一个低频全桥逆变成交流电直接并网。系统方案中的DC／DC环节可采用单级式或两级式的功率变换。图中DC／DC环节以两级式拓扑为例。

在并网逆变器控制中，相对于MPPT、孤岛保护，并网控制的实时性要求高，因此需要用高性能的数字控制器，这无疑会增加系统成本，特别对于小功率或微功率的并网逆变器。而新的系统方案有以下优势：①由于并网控制采用APFC芯片，则可采用低价的单片机实现实时性要求低且简单的MPPT、孤岛保护控制，从而有效降低成本；②由于APFC技术较成熟，因此并网电路的调试也简单，不需要编写复杂的并网控制程序，缩短开发时间和开发成本；③由于采用正弦双半波调制，再经过一个低频桥逆变的结构，此时正弦双半波调制输出的电流采样可以通过采样电阻很方便地得到。