摘要

上海市電站自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（上海大學(xué)自動(dòng)化系）、教育部光伏系統(tǒng)工程研究中心（合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院）的研究人員馮夏云、汪飛等，在2018年第11期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，采用小信號(hào)法建立了電流反饋控制型及準(zhǔn)諧振峰值電流控制型反激式微型逆變器的諾頓等效模型，并提出了并網(wǎng)諧波交互機(jī)理的分析方法。

基于該諾頓等效模型，分析了兩種反激式微型逆變器的并網(wǎng)諧波交互情況，研究了兩種逆變器集群并網(wǎng)時(shí)的抗諧波交互能力以及集群的并網(wǎng)諧波交互性能。揭示了準(zhǔn)諧振峰值電流控制型反激式微型逆變器具有比電流反饋控制型反激式微型逆變器更窄的諧振頻帶，從而使得前者比后者具備更強(qiáng)的抗諧波交互能力。最后在理論分析和仿真、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了2臺(tái)250 W樣機(jī)進(jìn)行機(jī)理性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

微型逆變器（簡(jiǎn)稱微逆）作為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，受到了廣泛研究和關(guān)注[1-6]。全美最大的微逆生產(chǎn)商Enphase在過(guò)去十幾年內(nèi)已經(jīng)售出1 300萬(wàn)臺(tái)微逆，超過(guò)54萬(wàn)用戶[7]，目前Enphase也計(jì)劃進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)[8]。國(guó)內(nèi)首個(gè)微逆系統(tǒng)工程于2011年在浙江嘉興建成，在國(guó)家對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)大力扶植的背景下，微逆將會(huì)是未來(lái)光伏并網(wǎng)逆變器重要的發(fā)展趨勢(shì)之一。

目前微逆的主流設(shè)計(jì)方案采用高頻磁鏈技術(shù)。Enecsys推出的微型逆變器采用了半橋高頻磁鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高功率密度集成及無(wú)電解電容；英飛凌提供基于LLC諧振高頻磁鏈的微型逆變器方案。但是這類逆變器采用了多級(jí)結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)效率和成本提升空間不大，同時(shí)復(fù)雜的控制對(duì)微控制器提出了較高要求。

大規(guī)模應(yīng)用于商業(yè)的是基于反激變換器的微型逆變器方案（如Enphase, Power-One等，簡(jiǎn)稱反激逆變器）。這些方案主要采用電流反饋控制或峰值電流控制實(shí)現(xiàn)反激變換器電流源控制。其中，電流反饋控制中反激電路工作在CCM模式（Continuous Current Mode，連續(xù)電流模式），峰值電流控制中工作在BCM模式（Boundary Current Mode，臨界連續(xù)電流模式）。由于DCM模式（Discontinuous Current Mode，斷續(xù)電流模式）的反激變換器功率密度較低，所以沒(méi)有應(yīng)用在微型逆變器場(chǎng)合。

文獻(xiàn)[3,9]研究表明，工作在CCM模式的反激逆變器效率將會(huì)高于工作在BCM模式的反激逆變器。但文獻(xiàn)[5,10-12]提出電流反饋控制的反激逆變器小電流并網(wǎng)時(shí)容易進(jìn)入DCM模式，而引起電流畸變問(wèn)題，故對(duì)電流反饋控制提出了更高的設(shè)計(jì)要求。

顯然，對(duì)于兩種控制模式下的單個(gè)反激微逆研究較為成熟。但隨著其應(yīng)用過(guò)程中的集群效應(yīng)加劇，本文希望從諧波交互角度，對(duì)比出兩種反激逆變器的并網(wǎng)性能優(yōu)劣。諧波交互問(wèn)題首先在組串式逆變器集群并網(wǎng)系統(tǒng)中突顯，于是引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注[13-19]。

目前研究方法主要有基于環(huán)路穩(wěn)定性的分析方法[13-15]和基于阻抗網(wǎng)絡(luò)外特性的分析方法[16,19]。采用基于環(huán)路穩(wěn)定性的分析方法[20]建模時(shí)忽略了諸如線阻抗及不同逆變器輸出特性等導(dǎo)致建模復(fù)雜的因素，使得該方法不精確，難以應(yīng)用于不同逆變器并聯(lián)系統(tǒng)。

而基于阻抗的分析方法[21]考慮了線阻抗等因素，精度更高，采用節(jié)點(diǎn)電壓法分析并網(wǎng)公共點(diǎn)阻抗特性時(shí)，可以分析具有不同輸出特性的集群并網(wǎng)系統(tǒng)。因此本文采用基于阻抗穩(wěn)定性判據(jù)的方法分析了以上兩種反激逆變器集群并網(wǎng)諧振問(wèn)題。

文獻(xiàn)[22]首次研究了微逆并網(wǎng)諧波交互的問(wèn)題，本文將采用其研究思路對(duì)比兩種反激逆變器集群并網(wǎng)諧波交互性能。

首先，本文分別介紹了電流反饋控制型反激逆變器和準(zhǔn)諧振峰值電流控制型反激逆變器的工作原理，利用小信號(hào)建模法分別求得兩種反激逆變器等效諾頓模型；然后利用系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣分析了兩種反激逆變器各自集群阻抗與電網(wǎng)阻抗匹配情況，可計(jì)算出各自的諧振點(diǎn)及諧振阻抗，并就兩種微逆集群系統(tǒng)并網(wǎng)諧波交互能力進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)諧振峰值電流控制相對(duì)于電流反饋控制具有較窄的諧振頻帶，減小了準(zhǔn)諧振峰值電流控制諧振多發(fā)性，從而使得其抗諧波交互能力優(yōu)于電流反饋控制；最后通過(guò)搭建仿真模型驗(yàn)證了本文研究方法和結(jié)論的有效性，并設(shè)計(jì)了2臺(tái)250 W的反激式微型逆變器進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖1 反激式微型逆變器

結(jié)論

本文采用小信號(hào)分析法得到了兩種反激逆變器諾頓等效模型。利用等效諾頓模型，對(duì)比分析了兩種反激逆變器集群并網(wǎng)時(shí)諧波交互性能，并得到了如下結(jié)論：

1）分析了兩種具有偽直流母線的反激式微型逆變器，計(jì)算了正弦波并網(wǎng)時(shí)不同靜態(tài)工作點(diǎn)下的反激式微型逆變器輸出特性及諧波交互問(wèn)題。

2）準(zhǔn)諧振峰值電流控制型微逆在不同電網(wǎng)電壓的靜態(tài)工作點(diǎn)處諧振頻帶較電流反饋控制的微逆諧振頻帶窄，減小了準(zhǔn)諧振峰值電流控制逆變器諧振多發(fā)性，從而使得其諧波交互能力優(yōu)于電流反饋控制。