单相桥式光伏逆变器拓扑结构的比较与仿真

根据调查，目前随着经济的发展人们为了谋求时的富裕正在无节制地开发煤炭，石油，天然气等不可再生能源，特别是近几年的开发，已经使化石燃料的持续大量供给成为困难，如果继续这样开采下去，有人预言全世界的煤炭储量将会在年左右消耗完毕，石油和天然气的持续供给也就还能维持年左右，甚至比这更短。

人类的永续发展必然要求我们要找到种可再生的清洁能源来代替传统的能源。

经过人们的不断探索，终于找到了像风能，太阳能之类的清洁能源，但是由于人类技术的限制，太阳能和风能利用效率，并网问题等还不是很成熟，因此现在还都未能代替传统的能源，人类也在不断地努力着，为新型能源的普及不断贡献着自己的力量。

而光伏发电也逐渐获得人们的注意，太阳能光伏发电技术正在全世界获得越来越广泛的应用。

根据权威部门统计，随着人们意识的觉醒，可再生能源的不断开发，到年世界可再生能源发电装机容量将会达到，与此同时，工业底蕴很强的欧洲也在加大他们对可再生能源的开发，据悉，到年欧洲国家的可再生能源发电中装机容量将会达到。

国际上其他国家像美国，加拿大，日本等也加紧了光伏产业的发展，专业的逆变器及相关系统已经逐渐成熟，其中很多国家也早已实现了光伏并网逆变器的产业化生产，光伏发电产业作为高新技术产业已经的到了世界范围的共同努力发展。

面对世界在新能源领域的快速步伐我国也加进了新能源发电技术的研究，预计到年我国的可再生能源将会占到全国能源的，其中光伏发电将会占到。

我国正处在经济快熟发展期，人口多，经济总量大，对能源的需求量也相当的大，研究光伏发电系统对我国的发展意义非常重大，我国光伏发电系统的研发也相当的有优势，我国国土面积大，光照时间长，特别是西部地区发展光伏发电潜力巨大。

西部地区光伏发电课以直接供给用户，推动当地经济的发展，促进东西部协调发展，为我国的西部大开发计划做出贡献。

为了鼓励光伏发电，我国加大投资，大力扶植光伏企业，并且提出了金屋顶政策，使大型地面光伏电站建设成为光伏发电的主路。

另外，由于技术限制，国内光伏企业还有待发展，需要加大力气克服技术瓶颈，进步提高装机容量，降低建设成本，增加光伏产业链的协调性并进步提高效率。

我们知道到光伏发电的核心技术是其光伏并网逆变器的研究。

逆变器的研究方面很多，人们也取得了很大的成就。

其中逆变器的拓扑结果选择是研究逆变器的基础，好的拓扑结构对于发挥好逆变器的效能具有重要的意义。

对于小功率光伏并网系统人们也提出了不同的逆变器拓扑，其中多以单相桥式逆变器为主，其中又有隔离性和非隔离型的区分，本文将对隔离性和非隔离型单相桥式光伏逆变器进行比较分析并进行仿真验证。

光伏发电简介随着工业的发展，特别是经济飞速发展的今天，各行各业基本上都离不开对电能的依赖。

现在人们获取电能主要是依靠火力发电水利发电和核能发电。

火力发电是主要的发电方式，水利电站主要是用来调节作用太阳能发电和风力发电都还没能大面积的普遍应用。

只是用于小型系统，直接供给给小型用户的偏多。

火力发电作为主要的发电方式，其能量的来源主要是燃烧化石燃料，然而，化石燃料的燃烧将会产生二氧化碳，二氧化硫等废气，这些废气是导致温室效应的罪魁祸首，造成臭氧层的破坏，导致酸雨等恶劣自然现象，对环境造成，与电网电压相同频率，而且可以看出并网电流波形和电网电压相位基本同相，从而实现单位功率因数输出，实现并网输出的功能。

通过前面两个环节的仿真分析，基本得到了想要的波形与实现的功能，最后步即是将升压斩波逆变电路与全桥逆变电路结合起来实现非隔离单相光伏并网逆变器的拓扑仿真电路图。

其中电容参数为和电感参数采用，正弦波发生器频率为，幅值为，相位角取零。

仿真模式采用离散式，可变步长仿真时间取。

图非隔离光伏并网逆变器仿真总框图通过仿真可以看出，电压与电流波形都是正弦波，电流波形经过定时间后趋于稳定，由于是采用的电压源输入电流源输出方式，逆变器输出电路的波形和质量直接影响到逆变得效果更加会影响输出电能的质量。

有前面的分析可知，要想使逆变器正常工作，稳定地给电网输出电能，就要求逆变后电流的频率与电网电压相同，而且输出电路的波形应该是正弦波，相位与电网电压的相位致，只有这样才能保证逆变器以单位功率因数向电网输出电能。

除此之外，光伏并网逆变器实现并网还要满足定的条件，如下表所示表并网逆变器输出并网要求容量频率差电压差，相位差很显然，通过波形即可看出该系统的电压和相位满足并网要求。

在仿真系统中对其进行傅里叶分析得出该系统的频谱和总谐波畸变率，见图图并网电流频率分析可以看出，该系统频率主要集中在，总谐波畸变率小于，满足并网要求。

在仿真的过程中要根据自己的设计思路选择正确的器件，同时将他们正确的链接，如果出现两个模块不能连接的情况要检查是用的实际模型还是要取物理量，就像电流的测量必须用电流测量模块取出电流信号才能用示波器进行观察，模型中的参考电流也不是电流源直接链接就可，而是用个正弦波发生器来模拟。

对开关器件的控制采用电流滞环跟踪控制，电流滞环跟踪控制通过设定相应的参数来控制滞环宽度，从而使电网输出电流跟踪参考电流变化，开关器件的触发信号是由参考电流和逆变器输出电流相比较后由电流偏差来控制迟滞比较器的输出脉冲。

整体的仿真参数设计是关键，有的要参考相应的文献有的则要自己在仿真的过程中不断地调试，直至出现较理想的波形。

在非隔离型光伏并网逆变器的仿真分析中，直流侧采用的直流电源代替光伏阵列发出的直流电压，变压器的变比将电压升压到，在经过逆变器逆变后进行并网。

仿真框图如下所示图工频隔离型光伏逆变器仿真框图滤波电感起始采用，经过多次参数调试后刻的到输出电流的波形如图图工频隔离型光伏逆变器电压电流仿真波形可以看出，加上隔离变压器后输出功率明显会比非隔离逆变器输出功率小，而且电压电流相位也不太致，不能达到单位功率因数输出，对其进行傅里叶分析，见其频谱波形图工频隔离型逆变器频率分析由其频谱波形即可发现隔离性光伏并网逆变器输出电流波形含有谐波比较多，可以看出相同条件下带有隔离变压器的总谐波畸变率较大，要想获得并网要求即满足谐波畸变率在以内，就要添加多余的滤波装置，从而增加成本，增加损耗。

采用两级式隔离并网逆变结构进行仿真，建立的仿真框图如下图两级隔离式逆变器仿真图采用逆变，升压，整流，逆变两级式的并网结构将会产生较大的功率损耗，并且器件的增加将会导致整个系统可靠性的降低，而且会增加谐波含量，在相同的条件下谐波分析如下图两级隔离式逆变器仿真频率分析从图中可以看出谐波含量较多，总谐波畸变率已经达到了，远远没有达到并网要求。

总结与展望通过前面的对光伏并网逆系统的介绍，和典型光伏逆变器的对比验证，对光伏并网逆变器有了更深层次的理解。

由于光伏阵列发出的发出的电压受到天气条件影响比较大，电压波动范围比较大，非隔离性单相桥式逆变器前级采用的升压斩波电路是光伏阵列的电压输入范围明显增加，从而提高了光伏发电系统的效率，经过升压斩波后直接经过逆变器逆变成交流电，省去了工频变压器，提高了系统的效率，减小了系统设计的体积，从而便于安装和运输，除此之外，没有变压器也进步减小了投资成本，解决了小功率光伏发电系统成本高的问题。

逆变器采用的电流滞环控制，使优化了逆变输出电流的波形，使其跟随参考电流变化，从而和电网电压的频率相同，相位致，实现单位功率因数输出。

随着人们对新能源技术研究的不断加深，国家对新能源技术的投资不断加的，光伏发电将会有着非常光明的前景，小功率光伏发电系统的应用于设计业会越来越成熟，人们对光伏发电系统拓扑结构的研究和开发也会迈上新的台阶。

由于本人水平有限，对光伏并网逆变器的研究还处于低级阶段，技术和观点也会有很多的缺陷。

本人本着学习探索的目的，对光伏发电系统及光伏并网逆变器进行了对比分析，并重点对于非隔离型单相桥式逆变器进行了仿真，仿真过程不仅是学习过程更是对仿真软件的探索过程，在仿真中遇到很多的困难与不解，只要通过自己的努力这些困难都会被解决。

刚开始对于仿真模块非常生疏，经过仔细摸索，慢慢熟悉了基本模块上的功能及连接方式。

仿真电路的设计还算顺利，但是往往出现的结果与期望相差很大，关键点在于仿真中器件参数的设置，参数设置不对，即使模型和思路都不错，也不会得出正确的结论，而参数的设置部分需要经过计算的出，还有部分需要建立模型后通过不断地调试得出。

这也是仿真的难点所在。

光伏发电系统及逆变器的研究发展还有很大的提升空间，我想今后光伏并网逆变器的发展将会向着小型，轻型，低成本方向发展，另外控制系统也会更加完善，输出波形更加完美，谐波和工模电流抑制将更加完善，能过最大限度的利用光能，减少天气条件对发电系统的影响，进步提高光伏发电系统的效率，使太阳能发电系统能够更好的为人民服务，并逐渐成为主要能源供给，从而减少化石燃料的燃烧，为地球和人类的永续发展做出贡献。

虽然前行的道路上还充满着困难和艰险，但是只要我们不断努力，总结前人的经验，不断提出洗的想法和思路，我们就会会不断取得进步，光伏并网系统及其逆变器的发展就会不断成熟。

在今后的学习和生活中，我也会不断地努力争取取得更大的进步。

参考文献尹静光伏并网逆变器的研究及可靠性分析山东大学，赵西超三相光伏并网逆变器与控制技术的研究辽宁工业大学，曲永印，白晶电力电子技术北京机械工业出版社，张红，李生光光伏逆变器概述中国农业大学学报余运江，李武华，邓焰，臧曙光伏并网逆变器拓扑结构分析与性能比较苏州市职业大学学报李雪城高频隔离型光伏并网逆变器的研究北京交通大学，冯兰兰非隔离光伏并网逆变器研究南京航空航天大学，王凤祥耿大勇非隔离光伏并网逆变器研究上海大学，刘志