光伏发电系统中的功率变流器优化方案

典型的光伏发电系统变流器根据并网结构可分为单相和三相结构。单相光伏发电系统通常容量较小且接入低压配电网，电网运营商一般仅对接入中高压电网的三相光伏发电系统提出低电压穿越要求。根据直流侧电压控制拓扑的不同，三相光伏发电系统变流器又分为两级式和单级式两种结构。两级式并网结构在单级式并网结构的基础上增加了一级升压（Boost）变流器，其典型拓扑如图4-6所示。该电路为双级功率变流电路，前级采用Boost变流器实现直流侧输出电压的升压功能，后级DC/AC变流器采用三相全桥逆变电路实现并网逆变功能。

图4-6 典型的两级式光伏并网逆变器的主电路拓扑

4.1.3.1 Boost变流器模型

Boost变流器是典型的开关直流升压电路，可实现输出电压高于输入电压，图4-6中所示Boost电路，其工作原理如下：

令开关VI的开关周期为T_s；占空比为D。

当0﹤t﹤T_s时，VI开通，电流回路为C_pv-L-VI-C_pv，此时，C_pv经VI给电感L储存磁能，U_L=U_pv。其中，U_L、U_pv分别为图4-6中电感两端和光伏电池组输出电压。

当DT_s﹤t﹤T_s时，VI关断，电流回路为C_pv-L-VD-C|C_pv，此时，C_pv和L同时向C充电，U_L=U_pv-U_C。

稳态时，流过电感L的电流应在一个周期内平衡，有

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即

化简后可得Boost变流器输入输出电压关系为

U_pv=（1-D）U_C （4-11）

由于D﹤1恒成立，式（4-11）表明，Boost变流器的输出电压U_C可高于其输入电压U_pv（即光伏电池输出电压），即可实现升压变换功能。

常规Boost变流器在电压增益和变流效率上有一定局限性，实际应用中，还可对Boost变流器的拓扑作进一步改进，以满足电压增益和变流效率的要求，如可采用Buck-Boost电路或者双Boost电路等，但其基本原理和作用并未改变。

4.1.3.2 网侧变流器模型

从耦合形式上看，光伏发电系统属于非耦合型发电系统，其网侧变流器结构、模型与非耦合型风力发电系统的网侧变流器（见第3章3.1.2.3节）完全相同，因而本节不再赘述。