一种新型小功率光伏并网逆变器设计

黄杰高　金建良

【摘 要】采用一种新型电力电子器件应用于微型逆变器拓扑结构中，对微型光伏并网逆变器进行了研究，设计了一台300W的微型逆变器样机，通过并网试验平台，进行了相关试验，验证了系统的高性能，具有适应性强、安装简单、维护方便等优点。

【关键词】新能源；光伏并网；微型逆变器

0 引言

太阳能作为清洁高效的新能源，目前，已成为新能源发电的重要发展方向。光伏并网逆变器是实现并网发电的关键，其性能直接决定了发电系统的效率及成本。目前，现有光伏并网逆变器成本高、发电效率低、可靠性有待验证，其性能的提升一直是学者研究的重点。氮化镓（GaN）MOSFET作为一种新型材料开关管，具有代替硅半导体和碳化硅半导体的突出性能。本文采用氮化镓（GaN）MOSFET开关器件应用于微型逆变器拓扑结构中，设计了一种新型小功率光伏并网逆变器，具有适应性强、维护方便等优点。

1 整体方案

系统整体方案如图1所示。功率电路中，光伏电池电压经有源钳位并联反激电路实现升压功能，以满足逆变器输入直流300V的要求；逆变器拓补结构采用全桥逆变电路形式，完成与电网电压同频同相的交流电输出；滤波电路对逆变输出波形进行整形，降低纹波，提高并网电能质量；去耦电容隔离光伏电池和后级主电路。控制电路中，PLL锁相环使得逆变器输出与电网的电压同频率同相位，实现并入电网电能的功率因数接近1，提高效率；ADC模块采集各种电流、电压和温度信号；模拟比较器对发生的过压和欠压故障进行快速保护；PWM模块产生的脉冲分别控制反激电路和全桥逆变电路；辅助电源为所有的控制电路供电。

2 硬件实现

所设计的微型逆变器的硬件整体原理如图2所示。微型逆变器的输入直流电压范围为20～45V，输出电压为单相交流电220V，额定功率为300W，最大开路电压约为55V。微型逆变器采用dsPIC33FJ16GS504作为控制器核心，外围有电池电压、反激电流、电网电流、电网电压等6个采样电路，将采集信号输入控制核心，以实现最大功率点追踪（MPPT）、数字锁相环（Phase Lock Loop，PLL）、系统孤岛运转和故障处理等功能。

3 实验结果

采用微型逆变器、光伏电池模拟器、示波器、隔离变压器等搭建微型逆变器的试验平台，开展功能实验。图3为电网电压和逆变器并网电流，图4、图5为系统孤岛运转和故障处理等功能。

）实验测试出了实际的并网电压和电流波形，输出电压波形纹波较小，接近理想正弦波，因而，从输出的电压和电流波形可以得出，所设计的微型逆变器样机可以很好地实现并网发电功能。

【参考文献】

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[2]孔令倩.高性能太阳能微型并网逆变器的研究[D].株洲：湖南工业大学，2014.

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[责任编辑：王楠]