摘 要：研究了一种准单级高效高频环节并网逆变器的电路拓扑、稳态原理特性、电流瞬时值反馈控制策略和关键电路参数设计准则，研制出一台1kW 48VDC/220V50HzAC 样机。研究结果表明，该并网逆变器具有高频电气隔离、电路结构简洁、准单级功率变换、变换效率高、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为ZVZCS、并网电流质量高等优点。
关键词：并网逆变器;高频环节;
1. 引言
随着石油、煤和天然气等主要化石能源日益紧张，太阳能、风能、潮汐能和地热能等新能源(也称为绿色能源)的开发和利用越来越受到世界各国的重视。光伏电池、风力发电机等新能源发电系统直接产生的能量通常是不稳定的，需要在光电池与电网之间配置容量适合的逆变器，将随机变化的电能变换成电压、频率、谐波、相角和功率因数均符合电网要求的交流电能，以实现并网。因此，并网逆变器的性能对太阳能、风能等新能源并网发电具有极其重要的意义[1-2]。
Buck型(电压型)PWM 并网逆变器，虽然具有单级电路结构、技术成熟可靠等优点，但正常工作时必须要求直流侧电压大于交流侧电压的峰值，故存在一个明显的缺陷：对于光伏并网逆变而言，当光伏电池输出能力降低时，如阴雨天或夜晚，整个发电系统将停止运行，系统的利用率下降[3]。对此，常采用如下两种方案来解决这—问题：(1) 前级添加Boost型变换器[4]或隔离型直流变换器[5]，从而增加了功率变换级数、电路复杂性、损耗和成本;(2) 输出接工频变压器，仍属于单级电路结构，但存在体积和重量大、成本高等缺陷，无法适应铜铁材料日益紧张和价格急剧增长的今天[6]。因此，准单级或单级并网逆变器已成为当今新能源发电领域的一个研究热点[7]。本文设计并研制出一台1kW48VDC/220V50HzAC 准单级高效高频环节并网逆变器样机。准单级;电流瞬时值控制
2. 电路拓扑
准单级高效高频环节并网逆变器电路拓扑，如图1 所示。该变换器是由单向推挽正激式直流变换器和图1 准单级高效高频环节并网逆变器电路拓扑极性反转逆变桥级联构成，具有高频电气隔离、电路结构简洁、准单级功率变换、变换效率高、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为ZVZCS、并网电流质量高等优点，特别适合用于新能源并网发电场合。新能源发电设备的输出电压Ui先由单向推挽正激式直流变换器变换成具有高频脉动分量的100Hz 正弦半波电流，再经极性反转逆变桥和电容滤波后得到高质量的输出低频正弦电流。
从上分析可以看出，该变换器克服了推挽电路和正激电路二者之缺点，集二者之优点：(1) 高频变压器磁芯双向对称磁化，磁芯利用率高;(2) 克服了正激电路附加磁复位电路的复杂性，且变换器的占空比可大于0.5;(3) 抑制了功率开关的电压尖峰。所以，准单级高效高频环节并网逆变器，在低压大电流输入新能源发电场合具有重要的应用价值。
4. 控制策略
准单级高效高频环节并网逆变器采用SPWM 电流瞬时值反馈控制策略，如图3 所示。
5. 关键电路参数设计
6. 样机测试
1kW 48VDC/220V50HzAC 样机在额定输入电压Ui=48V 和额定负载时的测试波形，如图4 所示。样机测试结果表明：(1)功率开关Sm1、Sm2 的最大电压应力被箝位在两倍的输入电压;(2)高频变压器绕组电压为双极性三态的高频脉冲波;(3)高频整流桥二极管承受的电压应力约为700V;(4)并网电流波形与电网电压同频同相，并网质量高。图5为该变换器在额定输入Ui=48V时的变换效率曲线。图5 可以看出，随着输出功率的增大，并网逆变器的变换效率先增大后逐渐降低，在额定负载时的变换效率高达90.5%，并网电流iLf2 的THD 逐渐减小，并网电流质量高。
7. 结论
准单级高效高频环节并网逆变器是由单向推挽正激式直流变换器和极性反转逆变桥级联构成。该变换器采用输出电流瞬时值反馈控制策略;推挽正激变换器的高频变压器磁芯双向对称磁化，箝位电容有效地抑制了功率开关的电压尖峰，在一个高频开关周期内，有8 个工作模态;获得了箝位电容、高频变压器匝比、输出LCL 滤波器的设计式;设计并研制的1kW48VDC/220V50HzAC 准单级高效高频环节并网逆变器样机具有优良的性能，在低压大电流输入新能源发电场合具有重要的应用前景。
参考文献
[1] 陈道炼.DC-AC 逆变技术及其应用.北京：机械工业出版社, 2003.
[2] 杨金焕, 于化丛, 葛亮. 太阳能光伏发电应用技术. 北京：电子工业出版社, 2009.
[3] 王要强，吴凤江，孙力，段建东, “带LCL输出滤波器的并网逆变器控制策略研究,” 中国电机工程学报，2011，31(12): 34-39.
[4] Haiyang Zang and Xiu Yang, “Simulation of Two-levelPhotovoltaIC Grid-connected System Based on CurreNTControl of Hysteresis Band,” IEEE APPEEC, 2011, pp.1-4.
[5] SuDIP K. Mazumder and Akshay K. Rathore,“Primary-Side-Converter-Assisted SOFt-Switching Schemefor an AC/AC Converter in a CycLOConverter-TypeHigh-Frequency-Link Inverter,” IEEE Transactions onIndustrial EleCTRonics, 2011, 58(9): pp. 4161-4166.
[6] Wang Haibo,Che Yanbo and Zhao Lihua, “Research andDevelopment of Photovoltaic Grid-connecte InverterBased on DSP,” IEEE PESA, 2011: pp. 1-5.
[7] Mirafzal B., Saghaleini M. and Kashefi Kaviani A.K., “AnSVPWM-based switching pattern for stand-alone andgrid-connected three-phase single-stage Boost-inverters,”IEEE Transactions on Power Electronics, 2011, 26(4):pp.1102-1111.
作者简介：
严 斌 (1987-)，男，福建三明人，硕士研究生，研究方向为新能源发电技术
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