独立／并网双工模式光伏逆变系统的设计

摘要：针对目前光伏逆变系统工作模式的单一性，提出一种独立／并网双工模式逆变系统。主电路采用隔离型全桥DC／DC变换器构建前级，使用移相PWM零电压转换(ZVS)控制；采用全桥逆变器构建后级，使用单极性倍频SPWM。在主电路拓扑基础上，研究了各部分的控制方法，给出逆变时不同工作模式下的控制框图，并采用前馈控制方法对其进行改进。提出了一种基于芯片UTC4053的电路切换方法来实现并网和独立两种工作模式的转换。最后研制出一个1 kW的实验样机来验证方案的可行性。
关键词：逆变器；独立模式；并网模式

1 引言
逆变系统作为光伏发电核心，目前基本是独立或并网工作运行。若将两者有效结合，则可进一步拓展系统应用范围，简化结构，减少投资。此处提出一种独立／并网双工模式逆变系统。该系统通过隔离型全桥DC／DC变换器构建前级，采用高频变压器减小系统体积，使用移相PWM ZVS控制方法降低开关损耗；通过全桥DC／AC逆变器构建后级，采用单极性倍频SPWM方法，加强消除和抑制谐波，提高系统效率。在此基础上，分析了各部分的控制方式，对两种工作模式下的逆变控制方法做出改进。最后提出一种新型的电路切换方法，用以实现工作模式的转换。

2 系统主电路拓扑
此处采用两级式结构，能实现电气隔离，且控制灵活简单。图1示出主电路拓扑。

工作过程分为两步：
(1)前级隔离型全桥DC／DC变换器将变化低压直流输入提升至400 V的稳定高压直流输出。
该部分一方面利用开关管结电容和变压器漏感实现电路ZVS，以此减小开关损耗，提高系统效率；另一方面增加隔直电容来解决因开关管特性不一致，而使变压器初级产生直流分量，从而导致的偏磁问题。
(2)后级全桥逆变器将400 V的稳定高压直流输入逆变为220 V／50Hz的正弦交流输出。
该部分通过单极性倍频SPWM方式以较低的开关频率实现2倍等效开关频率，以此降低开关损耗，且有助于消除谐波，提高电能输出质量。当并网开关打开时，系统独立运行，给负载供电；当开关闭合时，系统并网运行，输出馈入电网。

3 控制方法
3．1 DC／DC控制方法
前级隔离型全桥拓扑采用基于移相控制芯片UC3875的电压电流双环控制方法，如图2所示。

控制思想是：UC3875输出4路PWM脉冲，通过驱动电路控制主电路中的VT1～VT4。输出的直流母线电压通过信号采集电路后，与UC3875内部标准信号比较，调节4路PWM输出脉冲的相位差，以此来稳定输出。输入电流通过信号采集电路后，与UC3875内部的过流保护信号阀值作比较，一旦过流，UC3875锁定跳停，DC／DC停止工作，完成输入过流保护。