一种新型光伏并网逆变器的研究

科技信息．　一高校理科研究　种靳型　伏并网避变器帕砥究　东南大学成贤学院　刘丽丽　［摘　要］本文介绍了一种基于导抗变换的有源箝位正激拓扑的光伏并网逆变器系统。该系统能够降低光伏并网逆变器输出电流的　总谐波畸变率，实现高并网功率因数０．９９５，同时能够提高系统的转换效率，实现装置的小型化。文中分析了有源籍位正激电路，导抗　变换器的基本原理以及导抗变换器的设计电路，最后证明了导抗变换器及并网逆变器的整体效果。　［关键词］逆变器院　有源箝位　导抗变换ＤＣ／ＤＣ　１．引言　全球化石能源的紧缺情况日益严重，常规能源的消耗也迅速增加，　常规能源消耗带来污染和温室效应对全球的环境带来非常严重的后　果。因此太阳能作为清洁无污染的可再生能源被全球各国一致看好。全　球能源专家们一致认定Ｉ　】：太阳能将成为２ｌ世纪最重要的能源之一。为　了使太阳能为人类大规模的应用以解决人类对能源的迫切需求，太阳　发电的应用趋势必然从偏远地区的独立供电模式走向常规并网发电模　式的方向发展。即将太阳发电系统看作是一个分布式电源的一个电源　点可以并联到公共电网上，供电网进行统一调度。例如“屋顶光伏并网　发电项目”它就是典型的过渡模式如图１所示，当它独立工作时可以供　给家庭用电，当家庭不用电时，它可以给电网送电。所以并网发电中并　网逆变器的设计尤为重要，而传统的并网逆变器一般采用输出端串联　一个大电感的形式进行大电流并网发电，这是一种典型的电流源型并　网发电模式。然这种电路却有它的固有缺陷，它使输出电流的谐波含量　增大，输出滤波器设计难度增加不少。所以要寻找一种能够很好解决以　上问题的方法，导抗变换器的应用能很好抑制谐波输出，提高转换效　率，并实现装置小型化。　图１太阳能并网发电系统　２．有源箝位电路及导抗变换的设计　２．１有源箝位正激电路　有源箝位ＦＯＲＷＡＲＤ电路　如图２　图２有源箝位ＦＯＲＷＡＲＤ电路　文中采用的Ｐｖ板的最大输出功率为５００Ｗｐ，正常使用下的开路　电压为ｖ０ｃ＝４５Ｖ、Ｉｓｃ＝１２Ａ，Ｐｖ在一天中的开路电压的数值基本保持不　变，而短路电流的数值在中午１２点左右会达到最大值然后从下午三点　开始较快速度下降。前级ＭＰＰＴ根据功率、电压及电流的变化趋势通过　电导增量法来调节前级管子占空比的Ｄ大小以达到最大功率点的输　出。前级的输入电感储能通过ＢＯＯＳＴ及串联在主管上的变压器升压，　通过调节主管、箝位管与ＢＯＯＳＴ管的占空比来调节ＭＰＰＴ的跟踪与主　管的ＺＶＳ与管子应力的最优化。　２．２导抗变换器的基本理论１２１　—　ｒｒ　干。　ｎ］　：　ｆＵｉ．１］＝［‘　－ｗ　２ＬＬｃ　ｊｗＬ　　一（２　－ｗ：Ｌ２ｃＬＣ　’］ｆ　１　ｃ　一　Ｕｉ　０　ｊｗｒＬ　Ｉ［Ｕ　２　，１　ＵＩ　ｊＺｏＪ【ｏ　Ｕ　：２］　犯　Ｉ１　１／ＺｏＵ２　【２一，１　从上面两式（２—６）、（２—７）我们可以看出将导抗变换器的输入电流　输出电压成比例输入电压与输出电流成关联。这样就看到在高频逆变　器的输出端，电压源变成了电流源，电流源转变成了电压源，从而实现　了电压源与电流源之间的相互转换。导抗变换器也称为回转器，是采用　电感Ｌ和电容ｃ集总参数形式构建，能实现装置变得更小更轻，特别是　Ｔ—ＬＣＬ型回转变换器，对于谐振频率之外的频率成分呈现很好的带通　滤波特性。　导抗变换器的输入输出阻抗：　输出阻抗为Ｚｏ＝＿Ｕ２　ｆ２—８Ｉ　１２　由式ｆ２—４）、（２—５）¨口Ｔ以得　输入阻抗为Ｚ１＝｛Ｊ上＝—　｝　一ｚ　Ｙ１　１２—９Ｉ　ｊ　ｕｚ　式（２—９）可以看输入端看去的阻抗与输出端所接负载的导纳成Ｉ卜　比。系统中假如导抗变换器后由电网看并网逆变器它是个电流源，它的　输出电流仅与输入电压成正比，输出电流不受电网电压的影响。每当电　网电压快速变化时逆变器电流的过度响应很快。把导抗变换器与高频　逆变器与电网联系起来，系统肖特基输出端不需串联电感。因此可以实　现小型化与高效率。　２．４导抗变换器设计与仿真　ｕ　科技信息．　Ｓ　，　高校理科研究　０　Ｉ　Ⅲ　柳　研究得导抗变换器是一个选频网络对于导抗变换器谐振频率ｗＴ，　那么载波信号也应该是这个频率ｗＴ时就会很好地通过这个网络。对于　其他的频率会有很大的衰减作用。系统用的ＭＯＳ管的开关管频率为　５０ＫＨｚ那么选频导抗网络的谐振参数为５０ＫＨｚ，对于这个网络参数选　为Ｌ｛＝Ｉ．２＝３９ｕＨ，Ｃ＝０．２６ｕＦ，这样就能得到一个较为理想的谐振选频网　络。理论的分析和仿真结果表明效果优良。　位升压型ＦＯＲＷＡＲＤ拓扑—分为ＢＯＯＳＴ升压电路与ＦＯＲＷＡＲＤ主电　路、升压变和导抗变换器，主要实现３０—５０Ｖ的直流电压升压到４００Ｖ　左右，且有高转换效率，在９６％以上，后级逆变部分采用电压型ＳＰＷＭ　的全桥拓扑结构，开关器件主要采用换向功率ＭＯＳ管。通过对电网电　压的采样及ＭＰＰＴ产生的参考电流，并对采样电感电流实现ＰＩＤ控制，　实现并网电流的控制，从而实现并网发电。　Ｔｉ＾●　图４导抗输出电流图　・・　图６系统主电路结构图　｛一…　Ｊ・…　…＋……４．结束语　・－Ｊ－－・－　Ｉ　＋…　…一　＋…｛…一　－●●　…－・－　－・－　・・Ｊ－・・・　…＋…ｔ…　・－一Ｊ・・・・　…－卜…卜一｛…一ｌ＿…｝…＋…　ｅ口姐￡　Ｉ２∞　ｈ　Ｉ‘０　姒　论文介绍有源箝位升压型电路与导抗变换器在并网逆变器中能够　抑制输出谐波，提高系统转换效率，实现并网功率因数为０．９９５，较高的　转换效率，减小装置体积。设计的导抗变换器在并网发电系统中有较好　的效果。　参考文献　　。’　０　＃　‘ｍ嘶　图５导抗输出频谱图　图４与图５得导抗变换器的应用降低系统输出的总谐波含量，并　网功率因数为１，同时它是谐振网络又提高了系统的转换效率。Ｔ—ＬＣＬ　型变换器可以在参数小幅变化下，维持良好的恒流特性。　３．系统主电路结构图　主电路部分主要有两部分组成［３１，前级是ＤＣ／ＤＣ电路它是有源箝　（上接第９９页）　通常会采用锚杆来做初支护。对于锚杆也有相当多　这方面的理论，比如锚杆支护的悬吊理论、组合拱组合梁理论、减跨理　论还有弹塑性支护理论以及围岩松动圈理论等等。这些理论的提出一　定程度上给巷道支护设计施工起到了指导作用，但是大多数理论基本　上都建立在一定的假设及一定范围内才能成立。　３．２锚索支护　锚索支护通常而言都会施加预应力，即预应力锚索。预应力锚索是　种把钢绞线埋入岩层内部进行预加应力的施工技术，传递主体结构　的支护应力到深部稳定岩层的主动支护方式。锚索安设锁紧后，锚索集　中应力以４５。压力分线传递到支护结构物上。在预应力作用下，围岩产　生压缩并在锚索的弹性压缩下形成“承载拱”，提高围岩的整体性和内　在抗力，增加其强度。增大围岩的稳定强度。它有以下主要特点：具有一　定的柔性，预应力锚索所使用的材料是钢绞线等决定了它具有柔性特　点；深层加固，加固深度一般可达到数１０ｍ；是一种主动支护，具有很强　的主动调控性；施工更加快捷灵活。　３－３锚杆锚索联合支护　锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域岩体相互作用，并形成统一的　承载结构，使巷道围岩强度得到强化。随着锚杆支护工程实践的不断丰　富，适用于不同条件的锚杆支护理论相继被提出，并逐步得到发展和完　善。为了充分发挥锚杆的支护作用，尽力扩大锚杆支护的使用范围，锚　索支护的实质就是通过锚索对被加固的岩体施加预应力，限制岩体有　害变形的发展，这样可以明显改善围岩的应力状态，提高围岩的自承能　力，从而可以保证围岩的稳定，提高支护系统的整体稳定性。锚杆锚索　联合支护能起到以下作用：　（１）使锚杆和被锚固岩体相互作用，形成统一的承载结构，和钢棚共　同承担围岩压力，起到了加强支护的作用；　（２）可提高锚固体的力学参数，改善被锚固围岩的力学性能；　（３）可提高锚固区内岩体的峰值强度和残余强度，提高锚固强度后，　能控制围岩塑性区破碎区的发展，巷道周围塑性区破碎区的范围和巷　道的表面位移有所减小，有助于确保巷道围岩的稳定性。　３．４锚喷支护　锚喷支护技术在巷道支护工程中应用比较早，经过不断的探索、实　践和发展，锚喷支护已被广泛采用并在理论和施工中形成了比较完善　的系统，成为Ⅳ、Ｖ类围岩和部分Ⅱ、Ⅲ类围岩的岩石巷道、大型硐室　及土体中支护的主要方法之一。锚喷支护是将岩体作为结构材料，通过　调动和增加岩体自身强度实现岩体自身支撑的一种符合现代岩石力学　理论的岩层控制方法。在喷锚支护工程类比法设计中，必须要分析工程　地质情况和其围岩的稳定性等级，然后才能根据经验或规范表查出喷锚　支护参数，作为设计依据。但是上述每一步都存在不确定和非线性的问　题，比如围岩的稳定性分类，影响稳定性的每一因素分析都有不确定性，　目前一般都利用神经网络的模式识别能力，对围岩的稳定性进行分类，　减小了人为因素的不确定性，可以为支护提供更为准确的设计参数。　一［１］Ａ．Ａ．Ｍ赛义夫．《太阳能工程》［Ｍ］北京：科学出版社，１９８４　［２］陈国呈．（ｐｗＭ逆变技术及应用》［Ｍ］．北京：中国电力出版社　２００７　［３］郑诗程．光伏发电系统及其控制的研究　［４］曲学基．逆变技术基础与应用．２００７．　３．５锚注支护　由山东科技大学提出的在锚喷支护基础上进行锚注的支护技术。　它是利用锚杆和注浆相结合的一种新型锚注联合支护技术，通过注浆　将松散围岩胶成整体，改善围岩的结构及其整体物理力学性质，既能提　高围岩自身的承载能力，又为锚杆提供了可靠的着力基础，发挥锚杆的　锚固作用，从而有效地控制了围岩的大变形。相对于其他支护技术，锚　注技术由于工艺简单、成本低，支护可靠性高而已被广泛应用，锚注支　护是目前处理高地应力软岩巷道这类困难巷道支护优先选择的支护技　术。　实践证明采用合理的锚注支护参数后，巷道维护效果良好锚注支　护技术的研究应用与采用型钢支架支护相比，能创造较好的技术经济　和社会效益。在大埋深高应力条件下的巷道锚注支护技术的研究应用，　拓宽了锚杆支护的应用范围。　４．结论与展望　１）深部矿体开采已经是我国矿产资源开发过程中不可避免的趋势，　在深部开采的过程中，普遍会遇到“三高一扰动”的复杂地质力学环境，　如何保证围岩稳定性及矿产开发的经济与社会效益是一个很重要的问　题。针对目前的巷道支护技术而言，单一的支护方法已经无法保障巷道　支护的安全，我们提出积极采用诸如锚喷网、锚注网等联合支护技术。　由于岩土工程的不确定性及随机性，给矿山巷道支护提出更为困难的　问题　一２）矿山支护是一个系统工程，支护设计仅仅是整个系统的一部分，　如何做好设计施工以及施工过程中出现的一些问题，我们提出要“信息　化设计施工”，利用现场监测结果做分析依据并及时反馈信息到设计，　步一步解决问题。在设计中，工程经验、理论计算和现场监测三者互　为参照、对比分析，采用信息化施工和动态反馈，使三者的信息逐步趋　于一致才能使矿山支护这个系统工程发挥更大的作用。　参考文献　［１］宋恒．金川二矿区深部软岩巷道变形及支护研究［Ｉ］湖南：中南　大学，２００９　［２］贾云波．锚杆支护理论的探讨［Ｉ］．水力采煤与管道运输，２０１１　［３］赵阳囤．金属矿山巷道喷锚支护智能设计的研究与应用［１］ｌ金　属矿山，２０１０年第１期　［４］张龙江，刘永发．矿井锚杆锚索联合支护应用分析［１］．中州煤炭，　２０１１第４期　［５］金希武，任金龙．锚注技术在深井软岩巷道中的应用［Ｔ］．山西建　筑．２０１１年７月　［６］徐春常，徐成．基于预应力锚索技术的矿山井巷掘进研究［Ｉ］ｌ现　代企业文化，２００９年第１２期　［７］闫莫明主编．岩土锚固技术手册［Ｍ］北京：人民交通出版社，　一１０１一