专利名称：单相单级电流型光伏并网逆变器及其控制方法
技术领域：
本发明属于光伏并网发电领域，涉及一种单相单级电流型光伏并网逆变器及其控 制方法。
背景技术：
随着我国城市化进程的加速推进，能源消费总量的增大和落后的能源消费结构， 导致城市化过程中能源供应和环境污染问题日益严重。城市居住区作为能源消耗和环境污 染的高密度区域，其能源和环境状况直接关系到城市化建设的成败。规模化发展绿色能源 是缓解城市能源危机、降低环境污染的重要途径。光伏并网发电技术是绿色能源领域近十 年来的重要发展方向，该技术利用并网逆变器将光伏电池直接与电网相连，省掉了体积大、 易损耗的蓄电池；在城市中应用，光伏阵列可以实现与建筑的一体化，能够节省安装成本， 避免长距离输配电损耗。因此，许多发达国家为实现能源可持续发展计划，大力推广屋顶和 外墙式并网光伏发电技术。我国太阳能资源丰富、城市化率稳步增加，可以借鉴发达国家屋 顶计划的经验，通过推广光伏并网发电技术实现城市居住区的能源改造。在城市居住区光伏发电应用场合中，容量为2kW至5kW的光伏电池通过逆变器连 接至单相电网，在光伏电池确定的情况下，逆变器的性能、效率和成本是能否实现光伏技术 大规模应用的关键。现有单相光伏并网逆变器主要包括无变压器电压型并网逆变器、基于 升压变压器结构的单级电压型逆变器和电流型逆变器方案，但这些方案在城市居住区光 伏系统中难以应用和推广，其主要原因为1)无变压器电压型并网逆变器是光伏系统最常 用的拓扑结构，但由于只能工作在直流电压恒定并高于电网电压峰值的情况，光伏系统一 般采用两级或多级电路拓扑结构，使得电路结构复杂、可靠性低、功率损耗增加；2)利用多 个光伏电池串联获取足够大的直流电压，能够实现无变压器单级功率变换结构，但系统存 在绝缘设计复杂、漏电流难以控制等安全方面问题；幻基于升压变压器的单级电压型逆变 器，虽然够实现电气隔离，但变压器的引入导致系统体积增大、成本升高、效率降低；4)基 于Z源网络的电压型逆变器具有单级升压并网发电功能，但主电路包含无源元件较多，使 逆变器结构复杂、可靠性难以保证；5)传统的电流型逆变器也能够实现单级并网发电，且 短路保护能力强、容量扩展灵活，但直流侧需要串联较大的电感，导致系统效率、体积和成 本均难以满足城市居住区光伏系统的要求。因而，适用于城市居住区光伏系统的并网逆变 器，至今仍未有理想成熟的解决方案。为实现城市居住区光伏系统的商业化推广应用，研制 一种成本低、效率高、性能优、结构紧凑、扩展灵活的光伏并网逆变器势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种单相单级电流型光伏并网逆变器及其控 制方法，该单相单级电流型光伏并网逆变器以最少功率变换级数、最少元件个数，实现无变 压器并具有升压功能的单相单级光伏并网逆变器。本发明的技术解决方案如下
一种单相单级电流型光伏并网逆变器，其特征在于，由直流侧电容C、变流模块和 输出滤波器组成；直流侧电容与光伏电池相接；变流模块由1个直流电感L及5个反向阻断型功率开关组成，所述的5个反向阻 断型功率开关分别为SWp SWpl、Sffp2, Sffnl与SWn2 ；直流电感L的一端接光伏电池的正极即N点，直流电感L的另一端与SW^的c极即 M点相接，Sffpl的c极和SWnl的c极均接M点JWpl的e极作为变流模块的一个输出端即P 点；SWp2的e极和SWn2的e极均与N点相接；SWn2的c极接P点；SWnl的e极与SWp2的c极 相接作为变流模块的另一个输出端即Q点；输出滤波器由电容Cf和电感Lf连接而成，电容Cf接变流模块的2个输出端，电感 Lf的一端接P点，Q点对应的变流模块的输出端与电感Lf的另一端共同作为并网电流输出端。直流电感L、电容Cf、电感Lf以及直流侧电容C分别按下列公式取值
权利要求
1.一种单相单级电流型光伏并网逆变器，其特征在于，由直流侧电容C、变流模块和输 出滤波器组成；直流侧电容与光伏电池相接；变流模块由1个直流电感L及5个反向阻断型功率开关组成，所述的5个反向阻断型 功率开关分别为Si、SWpl、Sffp2, Sffnl与SWn2 ；直流电感L的一端接光伏电池的正极即N点，直流电感L的另一端与SW^的c极即M点 相接，Sffpl的c极和SWnl的c极均接M点JWpl的e极作为变流模块的一个输出端即P点； Sffp2的e极和SWn2的e极均与N点相接；SWn2的c极接P点；SWnl的e极与SWp2的c极相接 作为变流模块的另一个输出端即Q点；输出滤波器由电容Cf和电感Lf连接而成，电容Cf接变流模块的2个输出端，电感Lf的 一端接P点，Q点对应的变流模块的输出端与电感Lf的另一端共同作为并网电流输出端。
2.根据权利要求1所述的单相单级电流型光伏并网逆变器，其特征在于，直流电感L、 电容Cf、电感Lf以及直流侧电容C分别按下列公式取值L ^+，其中八为控制周期，Vp为电网电压 (t) = VpSin ω t的峰值，，
3.一种单相单级电流型光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于，采用权利要求1或2 所述的单相单级电流型光伏并网逆变器；控制方法为当功率开关SW^导通，电感从直流侧吸收能量，电容Cf向电网提供并网电流；功率开关 SWl断开时，电感L向电容Cf放电，同时若参考电流ig,处于正半周期，Sffpl与^Vp2导通且 Sffnl与SWnl关断，逆变器输出正向并网电流；若参考电流ig,处于负半周期，SWnl与SWnl导通 且SWnl与SWnl关断，逆变器输出负向并网电流；参考电流ig,与电网电压 相位相同。
4.根据权利要求1所述的单相单级电流型光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于， 功率开关SWL的调制机制如下\2LI(k)V调制波信号吵)=」τ ^ // Sin(纽)，其中k为基波周期序号，η为控制周期序号式中， V TsUpv(H)Vp为电网电压峰值，Ip(k)为光伏并网逆变器在第k个基波周期输出交流电流峰值，ω为电 网基波角频率，uPV为光伏电池在第η个控制周期的输出电压，Ts为控制周期；以Ht)信号为调制波、以控制周期Ts的等腰三角波为载波，调制出
5.根据权利要求3所述的单相单级电流型光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于， 根据以下方法跟踪单相单级电流型光伏并网逆变器的最大功率点步骤1 根据每个控制周期检测的光伏电池输出电压和电流，计算光伏电池输出功率 瞬时值；步骤2 由一个基波周期内的光伏电池输出功率瞬时值，计算该基波周期的光伏电池 输出功率平均值；步骤3 采用扰动观察法，确定光伏电池输出电压的变化方向与步长，从而得到下个基 波周期内光伏电池输出电压的参考值Upv (k+Ι)，且 Upv (k+1) = Upv (k) +
全文摘要
本发明公开了一种单相单级电流型光伏并网逆变器及其控制方法，单相单级电流型光伏并网逆变器由直流侧电容C、变流模块和输出滤波器组成；直流侧电容与光伏电池相接；变流模块由1个直流电感L及5个反向阻断型功率开关组成，所述的5个反向阻断型功率开关分别为SWL、SWp1、SWp2、SWn1与SWn2；输出滤波器由电容Cf和电感Lf连接而成，电容Cf接变流模块的2个输出端。该单相单级电流型光伏并网逆变器以最少功率变换级数、最小无源元件参数，实现无变压器并具有升压功能的单相单级光伏并网逆变器。
文档编号H02J3/38GK102088192SQ20111005018
公开日2011年6月8日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者于晶荣, 孙尧, 桂卫华, 潘攀, 王一军, 王海龙, 王辉, 粟梅, 邹勇军, 韩华 申请人:中南大学