学术︱一种用于光伏逆变器的新型功率解耦电路
河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室的研究人员杨晓光、姜龙斌等，在2015年第16期《电工技术学报》上撰文，提出了一种用于光伏逆变器的新型功率解耦电路。其中，两个解耦电容的电压叠加起来以提供直流母线电压，一个双向Buck/Boost变换器连接在两个解耦电容之间，使得能量可以在两个解耦电容之间双向传递。
本文对新型功率解耦电路的工作原理进行了详细分析，给出了解耦电容的参数设计，解耦电路的控制策略以及功率解耦电容平均电压的控制方法。利用Saber软件对所提出的功率解耦电路进行仿真研究。仿真结果表明所提出的功率解耦电路及其控制策略可以在实现功率解耦功能的同时降低解耦电容的容量和耐压。
在单相光伏并网发电系统的实际应用中，光伏逆变器的输出功率因数接近1，其输出电流的波形与电网电压波形同频同相，输出脉动功率的频率两倍于电网的频率。然而，光伏阵列一般要求运行于最大功率点，在一个电网周期内，光伏阵列的输出功率基本恒定。因而光伏逆变器的输入不能直接与光伏阵列连接。
对于上述问题，传统的解决方法是在逆变器的输入端并联解耦电容，一般使用电解电容作为解耦电容。单相光伏并网逆变器的直流母线电压约为400V，其解耦电容一般为0.5mF/kW[1]，当功率级别较大，直流母线上的附加电压过大时，需要将电解电容串联以满足耐压要求；但电解电容的串联使得其容量减小为原来的一半，为了满足容量要求电容器的数量增加为原来的4倍。整个光伏逆变系统中解耦电容的体积、重量和成本都是相当可观的。为了减小解耦电容，目前已经出现了多种功率解耦方法[2]。
文献[3]提出了一个具有功率解耦电路的反激型单相微型逆变器，该电路在传统反激式逆变器的基础上增加了一个解耦电容和一个开关管。该逆变器在工作过程中，光伏阵列发出的能量首先充到反激变压器中，然后释放到解耦电容中。随后，存储在解耦电容中的能量传递到反激变压器再注入电网。因此，解耦电路需要处理光伏阵列发出的全部能量。在一个输入直流电压为35V，输入功率为100W的样机中，解耦电容为40F，解耦电容两端的平均电压82V，其纹波电压峰峰值为58V。
文献[4]提出一种高频隔离型光伏并网逆变器。它由移相全桥软开关电路、Buck电路和全桥逆变器构成。移相全桥电路将光伏电池板输出的电压升高至约475V，Buck电路工作于电流模式产生正弦半波电流，最后由全桥逆变器进行工频逆变产生正弦电流将其注入电网。该逆变器的输入直流电压为28～45V，最大输入功率为150W，解耦电容为8.2F。当输出功率为120W时，解耦电容两端的平均电压约为475V，其纹波电压峰峰值为150V左右。
文献[5]提出一种用于光伏微型逆变器的三端口反激拓扑，其中一个端口专门用来实现功率解耦功能，解耦电容只需存储光伏阵列的过剩能量。同时，解耦电容还能起到吸收电容的作用，即回收变压器漏感能量。对于一个输入直流电压为60V，输出交流电压为110V/60Hz，额定功率为100W的微型逆变器样机来说，解耦电容为46F。当输出功率为110W时解耦电容两端的平均电压为150V，其纹波电压峰峰值为41V。
本文提出一种用于单相光伏逆变器的功率解耦电路。该解耦电路独立于逆变器的拓扑和工作模式，控制简单。在减小解耦电容容量的同时降低了解耦电容的耐压，从而减小了逆变器的体积和成本。
结论
本文提出了一种用于光伏逆变器的新型功率解耦电路。该电路可以在保证母线电压稳定于400V左右的同时减小解耦电容的容量。所提出的功率解耦电路还可以降低解耦电容的耐压，使其耐压低于直流母线电压，进一步降低了逆变器的体积和成本。此外，所提出的功率解耦电路独立于逆变器的拓扑和工作模式，适合于功率等级较大的场合。