利用LLC諧振電路隔離的光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)半個(gè)周期諧165現(xiàn)代電子技術(shù)2013年第36卷振時(shí)Q1 仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。半個(gè)周期之后諧振電流開(kāi)始減小，勵(lì)磁電流繼續(xù)線(xiàn)性上升，t1 時(shí)刻諧振電流與勵(lì)磁電流相等。

[ t1 - t2 ]階段：t1 時(shí)刻諧振電流ILr等于勵(lì)磁電流ILm,變壓器原邊電壓為0,副邊電壓也為0,副邊整流二極管全部截止，原邊不再向副邊提供能量，勵(lì)磁電感Lm開(kāi)始參與諧振。由于Lm 要比Lr 大很多，LLC諧振周期明顯變長(zhǎng)，所以諧振電流基本不變。t2 時(shí)刻Q1 關(guān)斷。

[ t2 - t3 ]階段：t2 時(shí)刻Q1 關(guān)斷，此時(shí)Q2 也處于關(guān)斷狀態(tài)，電路進(jìn)入死區(qū)時(shí)間。諧振電流ILr對(duì)Q2 的結(jié)電容放電，當(dāng)它的電壓降到0時(shí)，體二極管導(dǎo)通，變壓器原邊繞組極性變?yōu)樯县?fù)下正，副邊整流二極管D2 、D3 自然導(dǎo)通，勵(lì)磁電感Lm 電壓被輸出電壓鉗位，不再參與諧振。諧振電流開(kāi)始以2π LrCr 為周期程正弦規(guī)律減小，勵(lì)磁電流線(xiàn)性減小。t3 時(shí)刻Q2 零電壓開(kāi)通。

[ t3 - t4 ]階段：t3 時(shí)刻Q2 零電壓開(kāi)通，與第一階段類(lèi)似，Lr 、Cr 諧振，諧振電流以正弦形式減小，勵(lì)磁電流線(xiàn)性減小。t4 時(shí)刻諧振電流等于勵(lì)磁電流。

[ t4 - t5 ]階段：t4 時(shí)刻開(kāi)始變壓器原邊電壓為0,副邊整流二極管全部截止，原邊不再向副邊提供能量，勵(lì)磁電感不再被輸出電壓鉗位，開(kāi)始參與諧振。LLC諧振電流基本不變。

[ t5 - t6 ]階段：與[ t2 - t3 ]階段類(lèi)似，電路進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，Q1 、Q2 全部關(guān)斷，諧振電流ILr對(duì)Q1 的結(jié)電容充電，當(dāng)它的電壓等于電源電壓時(shí)，體二極管導(dǎo)通，變壓器原邊繞組極性上正下負(fù)，副邊整流二極管D1 、D4 自然導(dǎo)通，勵(lì)磁電感Lm 電壓被輸出電壓鉗位，不再參與諧振。

諧振電流開(kāi)始以2π LrCr 為周期程正弦規(guī)律增大，勵(lì)磁電流線(xiàn)性增大。t6 時(shí)刻Q1 零電壓開(kāi)通，開(kāi)始進(jìn)入下一個(gè)周期。

在[ t1 - t2 ]階段和[ t4 - t5 ]階段，假設(shè)諧振電流不變，設(shè)為Im ,則輸出電壓Uo 可表示為：

式中：Ui 為輸入電壓;T 為開(kāi)關(guān)周期;Ts 為L(zhǎng)r 和Cr 諧振時(shí)的諧振周期。從式中可以看出，當(dāng)T = Ts 即fr = fs 時(shí)這種情況下[ t1 - t2 ]階段和[ t4 - t5 ]階段將不存在，諧振電流是純粹的正弦波，副邊整流電路輸出電流臨界連續(xù)，均方根值最小，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗最小，電路效率最高[8].所以，當(dāng)LLC電路工作在諧振頻率時(shí)，效率最高。本文中LLC電路的主要作用就是隔離，在保證隔離的基礎(chǔ)上要使效率最高，因此本文中使開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率等于諧振頻率。

3 最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略

3.1 最大功率跟蹤基本原理

太陽(yáng)能電池是一種非線(xiàn)性直流電源，它的輸出受太陽(yáng)光照條件的和溫度等環(huán)境影響非常大。在一定太陽(yáng)照度和一定結(jié)溫的條件下，當(dāng)光伏電池的端電壓(電流)發(fā)生變化時(shí)，其工作點(diǎn)也會(huì)沿著曲線(xiàn)變化。但是，一定會(huì)存在一個(gè)點(diǎn)，使得太陽(yáng)能電池輸出的功率最大。這一點(diǎn)就被稱(chēng)為最大功率點(diǎn)，尋找這一最大功率點(diǎn)的技術(shù)就被稱(chēng)為最大功率跟蹤技術(shù)(Maximum Power Point Track-ing,MPPT)。

在常規(guī)的線(xiàn)性系統(tǒng)電氣設(shè)備中，為了獲得最大功率需要使負(fù)載的電阻等于電源內(nèi)阻。但太陽(yáng)能電池是一個(gè)非線(xiàn)性電源，它的內(nèi)阻受環(huán)境影響而不斷變化，為了進(jìn)行負(fù)載電阻匹配從而獲得最大功率，就需要不斷調(diào)整負(fù)載阻值。DC-DC變換器的等效電阻跟開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)有關(guān)，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)它的占空比來(lái)改變它的等效電阻，使它的等效阻值一直等于太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻，這樣就可以使太陽(yáng)能電池一直工作在最大功率點(diǎn)。

這就是光伏并網(wǎng)逆變器最大功率跟蹤的基本原理。3.2 最大功率跟蹤算法

目前常用的最大功率跟蹤算法主要有恒定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀(guān)察法、電導(dǎo)增量法等幾種，其中電導(dǎo)增量法以?xún)?yōu)良的跟蹤性能倍受青睞。下面簡(jiǎn)單介紹其工作原理。圖4是太陽(yáng)能電池特性曲線(xiàn)圖。由圖可以看出，在最大功率點(diǎn)的時(shí)候功率曲線(xiàn)斜率為0,即功率P 對(duì)電壓V 的導(dǎo)數(shù)為0,所以有dPdU =0,又因?yàn)镻=UI，所以：

由上式可知，當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)數(shù)時(shí)，太陽(yáng)能電池工作在最大功率點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)方法是：通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)能電池的輸出電壓和電流，根據(jù)上一個(gè)采樣周期電壓和電流的值計(jì)算出變化量;然后判斷電壓的變化量是否為零。若為零，再判斷電流的變化量是否為零，若都為零，則表示阻抗一致，則參考電壓Vref不變，占空比不變。若電壓變化量為零，電流變化量不為零，則表示光照強(qiáng)度有變化，根據(jù)電流的變化方向來(lái)決定