一种新型的正激并网微逆变器︱本刊学术

雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室（南京航空航天大学）的研究人员陈继洪、洪峰，在2015年第14期《电工技术学报》上撰文，反激并网微逆变器存在输出电流纹波较大、入网电流与电网电压有相位差和功率容量较小等问题。

针对以上问题，本文提出了一种基于正激变换器的并网微逆变器拓扑结构及其控制策略。原边采用双管正激电路，减小了开关管的应力，同时实现了变压器的磁芯复位；引入LCD箝位电路，实现了原边开关管的软开关，提高了整机效率；输出滤波采用L滤波器，保证了入网电流与电网电压没有相位差。文中详细分析了该逆变器的工作原理，分析了入网电流的相位差，最后进行仿真和实验验证。

当今世界石化能源日益短缺，随着太阳能的不断开发和利用，光伏并网发电技术得到了快速发展。应用于单个光伏组件的交流集成模块[1]（A Module Integrated）由于克服了传统组串式并网发电方式热斑效应、最大功率点跟踪（Maximum Power Point Track，MPPT）效率不高等问题，逐渐成为了研究的热点。一般地，单个光伏组件输出电压为20-50V，最大功率为200-300W。因此，研究具有升压能力又适合于中小功率的单级逆变器成为了关键问题。

国内外学者们对此已经做了一些拓扑结构的研究，文献[2]提出了一种Buck/Boost升降压逆变结构，这种拓扑省去了前级升压电路，可以大大简化电路结构；文献[3]提出了一种耦合电感升压逆变结构，这种拓扑使用了耦合电感，升压能力有较大提升；文献[4-7]对Z源逆变器结构（Z-source inverter，ZSI）进行了研究，这种拓扑克服了常规电压源逆变器存在的桥臂直通问题，简化了控制策略，但是以上结构的逆变器都没有实现电气隔离，存在安全隐患，很难在全球范围特别是欧美地区推广使用。

当下研究的光伏并网微逆变器主要是高频逆变电路级联工频换向桥拓扑结构的单级高频链逆变器[8-9]，如美国Enphase公司的M190系列。反激拓扑由于其升降压、高频电气隔离特性，以及结构简单、控制方便的特点，成为了单级逆变器的理想拓扑[10-11]。

然而，反激并网微逆变器也继承了反激变换器的一些固有缺点，文献[10]指出反激并网微逆变器存在以下几点不足：1.副边电流断续，导致输出电流纹波较大；2.单路功率容量较小，无法与光伏组件功率匹配；3.输出端必须并联一个电容才能接滤波电感，导致入网电流与电网电压产生相位差，尤其在较小功率时这个问题更为突出；4.效率较低，漏感能量在原边开关管两端造成电压尖峰。

针对这些问题，国内外学者们已经做了大量的研究工作，并取得了很大成果[12-17]，文献[18]引入了有源箝位电路吸收变压器漏感能量，提高了逆变器的可靠性；同时，实现原边开关管的软开关，减小开关管的损耗，提高了逆变器的整机效率。

文献[19]采用交错并联技术，改善了逆变器输出电流纹波；同时，增加了逆变器功率容量，实现了与光伏组件功率匹配。文献[20]提出了一种新的控制策略，优化了逆变器参数，改善了入网电流质量，并将效率提高到95.11%。文献[19]使用了一种新型数字式有源滤波器，有效地减小了滤波器的体积。但是这些方法都不能完全解决反激并网微逆变器输出电流纹波较大、入网电流存在相位差的问题。反激并网微逆变器的这些问题影响了入网电流的质量，制约了其进一步发展。

针对以上问题，本文提出了一种基于正激拓扑的并网微逆变器结构，其副边电流连续，纹波较小；同时，原边引入LCD箝位电路，实现了开关管的软开关，提高了逆变器的效率；输出滤波器采用L滤波方式，逆变器入网电流不存在相位差，有效地克服了反激并网微逆变器入网电流存在相位差的问题。

结论

1）通过理论分析、saber仿真和实验样机，证明了本文提出的应用于单个光伏组件的正激并网微逆变器拓扑结构的可行性。在理论上分析了反激并网微逆变器入网电流存在相位差，而正激并网微逆变器入网电流没有相位差，并通过仿真和实验验证结论的正确性。

2）通过引入LCD箝位电路，实现了原边开关管的软开关，减小了开关损耗，使该逆变器的效率达到94.2%，与目前该领域内的反激并网微逆变器相近。

3）与同等功率容量的反激并网微逆变器相比，本文提出的正激并网微逆变器具有电路结构简单、开关器件较少、控制策略简单和电流纹波较小等优点。