一種基於並聯諧振的高頻隔離型併網逆變器

北方工業大學北京市電力節能關鍵技術協同創新中心、北京市變頻技術工程技術研究中心、北京電動車輛協同創新中心的研究人員朴政國、戶永傑、郭裕祺，在2018年第2期《電工技術學報》上撰文，針對DC-DC變換型高頻隔離型逆變器中開關損耗大、電壓尖峰大、穩定性差的問題，提出由並聯諧振與傳統DC-DC變換型逆變器相結合的新型逆變器電路拓撲。

該逆變器可以實現高頻功率器件的零電壓開通、體二極體和整流二極體的軟關斷，從而消除功率器件的開關尖峰，減小逆變器的損耗。詳細介紹電路的工作過程和各開關器件軟開關原理，同時建立電路的諧振等效模型，以及諧振參數對增益和軟開關的影響關係，給出諧振參數的設計原則。為了消除由於加入死區而引入的低次諧波，在控制系統中添加了死區補償，以提高逆變電流質量。最後製作實驗樣機，經過實驗驗證電路拓撲和控制策略的正確性。

太陽能作為清潔的可再生能源受到越來越多的關注，併網逆變器作為太陽能和電網之間重要的轉換部件，其性能不僅影響著這個光伏系統的使用壽命，同時對整個系統能否能安全、穩定、高效的運行起著至關重要的作用[1,2]。應用於不同的功率等級，併網逆變器可選擇不同的電路拓撲，拓撲的性能對整個系統的效率、可靠性及成本有重要影響[3]。

根據拓撲結構，應用於中小功率的逆變器根據有無變壓器可分為隔離型和非隔離型。非隔離型逆變器具有體積小、成本低的優點，但是光伏組件和電網之間共模漏電流以及安全等問題一直影響著非隔離型逆變器的廣泛使用[4]，因此帶隔離變壓器的併網逆變器是目前常用的結構。

變壓器不但起到電壓匹配的作用，電氣隔離更提高了系統的安全性。但是變壓器的加入也帶來一些問題，變壓器使整個系統的體積和成本增加，變壓器中的損耗使整個系統效率降低，與非隔離型逆變器相比，效率降低2%以上。

由Bedford首先提出高頻鏈逆變技術的概念，使隔離型逆變器的體積大大減小，功率密度提高[5]。但是效率低的問題仍然存在，運行在高頻狀態下整個系統損耗更大，變壓器的寄生參數諧振引起開關電壓尖峰和電磁兼容問題，系統穩定性降低。

不少文獻介紹諧振式DC-DC變換器實現功率開關器件的軟開關，降低開關損耗。文獻[6]提出的方案電路簡單，能實現軟開關，但需要附加額外的諧振網路。文獻[7]對比了非諧振式和諧振式DC-DC變換器的特點，提出的帶隔離的LC諧振式DC-DC變換器，通過採用移相控制實現功率器件零電壓開通，提高了系統效率。

文獻[8]詳細分析了LCC諧振變換器的電路特性，並給出了諧振參數的設計原則。但是，上述文獻提出的諧振變換器僅用於直流恆壓輸出，仍需要後級連接逆變橋完成逆變併網。

本文把高頻鏈型逆變器和諧振變換器相結合，採用並聯諧振變換器的電路拓撲和高頻鏈型逆變器控制思想，提出一種基於LC諧振的高頻鏈型逆變器，給出諧振元件參數設計方法，可實現高頻功率器件的軟開關並提高效率。

圖1高頻隔離型光伏併網逆變器主電路拓撲

結論

本文提出了一種基於並聯諧振的高頻隔離型併網逆變器，詳細分析了諧振電路的工作原理、諧振特性、參數設計原則和系統的控制策略。

諧振單元吸收了變壓器的寄生參數，減小了變壓器的損耗，消除了漏感引起的電壓尖峰問題；實現了高頻功率器件的零電壓開通和體二極體的軟回復阻斷，變壓器二次側整流二極體軟關斷，降低了系統損耗，相比傳統的隔離型逆變器，進一步提高了系統效率。

樣機的實驗結果充分表明系統中軟開關情況符合理論分析的結果，額定功率下併網波形質量高，諧波含量為3.5%，額定功率下效率可達93.4%。

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