全橋逆變器具有拓撲簡(jiǎn)單、成本較低的特點(diǎn)，因此得到廣泛應用，但其逆變效率低，輸出波形質(zhì)量差。分析了戶(hù)用型單級式雙Buck全橋光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理，實(shí)驗中以變步長(cháng)功率擾動(dòng)觀(guān)察法實(shí)現光伏系統的最大功率輸入，并在逆變環(huán)節采用雙Buck全橋拓撲結構以提高逆變效率，改善并網(wǎng)質(zhì)量。整個(gè)系統采用帶前饋補償的電流內環(huán)、電壓中環(huán)及最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)功率外環(huán)的三環(huán)控制策略，并在Matlab仿真平臺上驗證了系統控制策略的正確性。制作了一臺1.3kW光伏并網(wǎng)逆變器樣機，并網(wǎng)電流總諧波畸變率接近3%。

并網(wǎng)逆變器作為電網(wǎng)和光伏陣列的主要接口設備，其性能決定著(zhù)整個(gè)光伏發(fā)電系統的性能。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統中的主要問(wèn)題是如何提高系統工作效率及改善并網(wǎng)波形質(zhì)量。常見(jiàn)的單相光伏并網(wǎng)逆變器按照其功率拓撲級數可分為單級式、兩級式和多級式。由于單級式逆變器只有一個(gè)能量變換環(huán)節，故其工作效率最高。常見(jiàn)的單級式橋式逆變器同一橋臂的上下開(kāi)關(guān)管可能存在直通情況，降低了系統的可靠性，為防止直通情況的出現，需在驅動(dòng)信號間加入死區，這就造成輸出電流波形畸變；另一方面橋式逆變器中無(wú)獨立的續流二極管，MOSFET和IGBT體二極管反向恢復時(shí)間長(cháng)，造成開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗較大，且開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)頻率不能過(guò)高。而雙Buck逆變器可以解決上述問(wèn)題，且所有功率管和電感在半個(gè)輸出周期高頻工作。

由于雙Buck半橋逆變器存在直流側電壓利用率低的問(wèn)題，這里以串聯(lián)型輸出的雙Buck全橋逆變器模型為研究對象，提出了帶前饋補償的電流內環(huán)、電壓中環(huán)及MPPT功率外環(huán)的三環(huán)控制結構，基于Matlab仿真平臺驗證了系統控制策略，并對并網(wǎng)逆變器的MPPT及逆變橋驅動(dòng)方法進(jìn)行了研究，最終設計了一臺實(shí)驗裝置。

串聯(lián)型輸出雙Buck全橋逆變器

單相單級式串聯(lián)型輸出的雙Buck全橋光伏并網(wǎng)逆變器主電路拓撲如圖1所示。其中，V1，L1，VD1構成一個(gè)Buck電路；V2，L2，VD2構成一個(gè)Buck電路。兩個(gè)雙Buck半橋逆變器輸入并聯(lián)，接PV輸入端，輸出串聯(lián)接電網(wǎng)，組成了雙Buck全橋逆變器，克服了雙Buck半橋逆變器直流側電壓利用率低的問(wèn)題，實(shí)現了兩個(gè)雙Buck半橋逆變器均壓、均功率輸出。由于雙Buck逆變器需要的電感個(gè)數較多，設計中采用磁集成技術(shù)來(lái)減小電感的體積和重量，降低電感的功率損耗。
逆變全橋通常采用單極性SPWM、雙極性SPWM兩種驅動(dòng)方式。為提高逆變效率，改善并網(wǎng)波形質(zhì)量，采用單極性SPWM驅動(dòng)方式驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管。其工作模態(tài)如下：

(1)并網(wǎng)電流iL1與電網(wǎng)電壓同向階段。
模態(tài)1功率開(kāi)關(guān)管V1，V4導通，在輸入電壓和輸出電壓作用下，iL1與電網(wǎng)電壓同向線(xiàn)性增加。
模態(tài)2V1導通，V4斷開(kāi)，VD4導通，形成續流回路，在輸入、輸出電壓作用下，iL1與電網(wǎng)電壓同向線(xiàn)性減小。

(2)并網(wǎng)電流iL2與電網(wǎng)電壓同向階段。
模態(tài)3功率開(kāi)關(guān)管V3，V2導通，在輸入、輸出電壓作用下，iL2與電網(wǎng)電壓同向線(xiàn)性增加。
模態(tài)4V3導通，V2斷開(kāi)，VD2導通，形成續流回路，在輸入、輸出電壓作用下，iL2與電網(wǎng)電壓同向線(xiàn)性減小。
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光伏陣列MPPT

光伏系統MPPT的實(shí)現結合了恒壓跟蹤法和擾動(dòng)觀(guān)察法。在系統啟動(dòng)時(shí)，檢測光伏陣列開(kāi)路電壓，用恒壓跟蹤法計算出理論最大功率點(diǎn)電壓，此處電壓作為擾動(dòng)觀(guān)察法跟蹤的起始點(diǎn)。為快速準確地跟蹤到最大功率點(diǎn)，采用變步長(cháng)擾動(dòng)跟蹤，其程序流程如圖2所示。dp=p(k)-p(k-1)，dt=t(k)-t(k-1)=T，α為正系數，Ts為PV端電壓、電流采樣周期。系統根據光伏陣列輸出曲線(xiàn)特性，觀(guān)測其輸出功率變化率，調整跟蹤步長(cháng)，得到光伏陣列輸出最大功率處參考電壓。
逆變器并網(wǎng)控制

逆變器輸出可控制為電流源或電壓源。若將并網(wǎng)逆變器控制為電壓源，在并網(wǎng)過(guò)程中易產(chǎn)生環(huán)流，如圖1所示。該逆變器是具有輸出電流特性的電壓并網(wǎng)逆變器。圖3示出并網(wǎng)逆變器的控制策略框圖。
控制系統采用了三環(huán)控制結構。MPPT功率外環(huán)的輸出作為電壓中環(huán)直流側電壓的給定。電壓中環(huán)的輸出與電網(wǎng)同步正弦信號的乘積作為電流內環(huán)的給定。根據圖1可知：


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仿真和實(shí)驗

實(shí)驗中采用TopCon系列可編程直流電源模擬太陽(yáng)能光伏電池。為驗證所提出系統的可行性，在Matlab/Simulink仿真平臺上完成雙Buck全橋并網(wǎng)逆變器控制模型的仿真。參數設置如下：采用可編程直流電壓源，MPP電壓設置為400V，MPP電流設置為3.4A，MPP功率為1.36kW。電路中，電感L1～L4均為0.6mH。選用IKW15N120T2型開(kāi)關(guān)管，其驅動(dòng)電壓18V，高頻載波頻率為18kHz。Matlab仿真模型的參數與實(shí)驗樣機保持一致。

并網(wǎng)電流的參考方向如圖1所示。其中iLb表示輸出正半周期的并網(wǎng)電流，iLd表示輸出負半周期的并網(wǎng)電流。圖4a，b分別為樣機實(shí)驗結果和仿真結果的波形圖?？梢?jiàn)，逆變器并網(wǎng)電流正負半軸波形與電網(wǎng)電壓波形同頻同相。功率因數接近1。