新型单级Buck-Boost光伏逆变器控制方法及计算机软件仿真

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1、上海电力2016年第4期新型单级Buck-Boost光伏逆变器控制方法及计算机软件仿真宗晨军，陆费平，龚苗(上海市南电力(集团)有限公司，上海201700)摘要：本文研究了一种新型单级Buck．Boost光伏逆变器的拓扑结构，论述了其工作原理，对该逆变器不同工作状态下的等效电路分析。根据其输入输出特性，基于SPWM方法对该逆变器的控制进行了PSpice仿真。验证了该新型单级Buck．Boost光伏逆变器拓扑结构和SPWM控制方法的有效性及理论分析的正确性和可行性。关键词：光伏发电；SPWN；逆变器；PSpice仿真中图分

2、类号：TM743文献标志码：B0引言随着传统能源消费的增长、生态环境的日益恶化和人类可持续发展的要求，世界各国都在积极开发无污染可再生的新能源。太阳能资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，使得太阳能光伏发电成为新能源开发中的主流。而光伏逆变器是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其效率图1传统的Buck电压源型逆变器的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏系统器，其结构简单紧凑，无需直流分裂电容，开关频的性能和投资。本文研究了一种新型单级Buck．率低，通过占空比的调节能产生幅值比输入直流Boost光伏逆变器的拓扑结构，详

3、细论述了其工作电压可高可低的输出交流电压，可用于AC模块。原理，对该逆变器不同工作状态下的等效电路分图2给出了这种新型单级Buck—Boost逆变器的电析。根据其输入输出特性，基于SPWM方法对该路拓扑结构，它由五个功率开关，两个功率二极逆变器的控制进行了PSpice仿真。验证了该新管，一个谐振电容，两个谐振电感和一个滤波电感型单级Buck—Boost光伏逆变器拓扑结构和SPWM组成。其主要部分为串联谐振功率变换模块，它控制方法的有效性及理论分析的正确性和可行由两个相互独立并且基本对称的桥臂构成。左桥性。臂由主开关S，辅

4、助开关S，二极管D，和滤波电感L组成，右桥臂由主开关S，，S辅助开关S，，1新型单级Buck-Boost光伏逆变器二极管D和滤波电感L2组成。两个谐振桥臂共传统的电压源型逆变器(VSI)大都是基于用一个谐振电容C。为输出滤波电感，R为负Buck型电路拓扑，如图1—1所示。这种拓扑结构载电阻。需要四个双向开关，每个双向开关由一个功率开使用Pspice搭设图2所研究的新型单级关和一个二极管反并联而成，但却只能产生幅值Buck—Boost光伏逆变器的电路模型如图3所示比输人直流电压低的输出交流电压⋯。并且往图2所示的单级Buc

5、k—Boost逆变器有两个相往带有体积巨大的重型工频变压器，因此具有体互独立的桥臂，其输出交流电压u。(t)的波形由积大、噪声大等缺点，并且逆变效率不高。谐振电容C在许多开关周期内的准正弦(QSP)电本文基于双Buck．Boost型DC—DC电路研究压所合成，并通过滤波电感L滤波得到。这个过了一种新型的单级串联谐振型Buck—Boost逆变程由每个桥臂各工作半个工频周期交替实现。也2016年第4期上海电力41其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。效果基本相同，指环节的输出响应波形基本相同。这样就可以用一系列等幅而不等宽的

6、脉冲来代替一个正弦半波，如图2·1所示。图5a)中将正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等十_~／／N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲下的中点和相应正弦等份的中点重合，且使矩形脉图2新型单级Buck—Boost光伏逆变器冲和相应正弦部分面积(冲量)相等，就得到图2—1b)中所示的脉冲序列，这就是PWM波形，它和正弦半波是等效的。像这种脉冲的宽度按正

7、弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，就称为sP—WM波形。用这样的脉冲序列来控制电路中各开关管的通断，就称为SPWM控制。lll

8、lI

9、totlllIIlllllllll图3使用Pspice搭设的新型单级Buck—Boost上土l-IIj光伏逆变器电路模型就是说，在合成输出电压波形正半周时由左桥臂fb)上的S。和S：动作，而合成负半周时由右桥臂上的s。、s和S动作。具体顺序为：在输出电压的l露正半周，S，、s和S关断，辅助开关s导通，主开0tot关S高频动作；负半周时，S。和S关断，辅助开关s导通，主开关S和s同时高频

10、动作。图5SPWM控制基本原理2．整个功率变换过程可以等效为两个Buck．2．2SPWM控制方法的仿真BoostDC．DC电路，所提逆变器电路工作于断续对于SPWM控制方法，利用Pspice／Simulink导电模式(DCM)，实现了所有开关的零电流开通建立模型，对提出的新型逆变器进行了仿真研究。和辅助开关的零电流关