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单相电流源并网光伏逆变器的设计与分析详细资料说明

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标签:逆变器(1075)电感器(252)滤波器(2075)

  本文研究了用于光伏(PV)应用的150W单相电流源并网逆变器的性能。恒流源采用大直流环节电感实现,逆变器采用单升压开关、H桥逆变器和CL输出滤波器实现。尽管直流环节电感导致逆变器的效率低于等效电压源逆变器,但由于零电流切换和元件数量较少,因此成本较低。此外,使用升压开关可以很容易地控制输出电流,并提供简单的开环和前馈控制。本文从输出功率、总谐波畸变和功率因数等方面对模拟和测量的逆变器性能进行了比较。此外,还通过仿真研究了概念对高功率(1.2千瓦)逆变器的扩展。

  最近,人们对我们依赖化石燃料的使用提出了严重的担忧,因为这污染了我们的环境,而且供应有限。因此,太阳能等可再生能源因其对环境友好和提供模块化安装而备受关注。光伏并网逆变器(GCI)的研究重点是在满足电网要求的同时,降低成本,提高性能和可靠性。

  光伏逆变器需要在光伏阵列的最大功率点(MPP)运行,以最大化其输出功率。单相逆变器固有的输出功率波动是电源频率的两倍。这会导致光伏输出功率降低,增加逆变器输出的谐波含量。因此,光伏逆变器采用一个储能元件来减小纹波。电容器电感器的使用分别决定了它们是电压源逆变器(VSI)还是电流源逆变器(CSI)。传统的地面通信系统主要是VSI,其成本低、效率高。然而,VSI的一个重要可靠性问题是大型直流环节电解电容器。CSI可以提供更简单的控制要求,也可以避免直流链路电容器的需要。然而,他们需要一个直流环节电感和损耗,大小,重量和成本的电感是重要的关注。

  早期的GCI是电流源型的,它利用线频换流开关产生方波输出电流。虽然这个概念很简单,但是输出电流需要大量的滤波以满足电网谐波标准〔1〕。最近人们对在小型光伏应用中使用脉宽调制控制的CSI〔2-5〕有了兴趣。提出了一种基于GTO的H桥并网CSI,采用脉宽调制(PWM)控制,但发现输入直流环节电感损耗会显著降低逆变器的效率。文献中的另一种拓扑结构是一种线路换相软开关CSI,它由IGBT二极管作为谐振开关和H桥逆变器组成,效率更高。然而,逆变器的控制更加复杂,元件数量也增加了。这也增加了逆变器的成本。提出了一种基于开关型整流器(SMR)和H桥逆变器的拓扑结构。

  为了降低逆变器的成本,提高性能和可靠性,本文对光伏并网电流源逆变器拓扑结构进行了详细的分析。对系统进行了详细的分析,包括在储能需求和光伏阵列输出功率因纹波而降低之间的权衡,以及在额定输出功率下储能需求和输出THD之间的权衡。此外,还研究了低通滤波器参数的选择,以最大限度地提高逆变器的性能和效率。

  该系统由两个阶段组成(见图1)。在第一阶段,光伏阵列与一个类似于升压变换器的电路相连,该电路具有足够大的输入电感,使光伏电流在一个基本(50赫兹)周期内相对恒定。光伏阵列和输入电感的组合可以作为恒流源。该电路中的升压开关起到电流波形整形器(WS)的作用,用于产生脉宽调制(PWM)输出电流,其基本元件是与电网电压同步的全波整流正弦波。第二级变换器由一个带晶闸管的行频整流H桥组成,它将正弦波电流展开(反转极性)以产生交流输出电流。利用低通滤波器(CL)去除高频PWM元件,产生正弦输出电流。

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