2.6　微型并网逆变器

2.6.1　微型并网逆变器设计

下面介绍一种基于串联谐振推挽式电压型微型逆变器的设计实例。电路图如图2-59所示，串联谐振推挽式的结构主要由两部分构成，即推挽式DC/DC变换器和全桥式DC/AC逆变器。首先通过变换器对其进行升压，然后再进行逆变并网。

图中UPV是光伏电池板电压，正极接变压器的中间抽头，负极接变压器的两端；开关管S1和S2由PWM控制导通，控制S1和S2导通的PWM波互补带死区；VD1、VD2、VD3、VD4组成桥式整流电路，用于将变压器副边输出整流为直流。

实例中设计的是500W的微型逆变器，功率比较小，因而用MOSFET即可实现逆变功能，一般选用600V、30A型号的MOSFET就能满足要求。通过全桥逆变电路将高压直流电能转化为220V、50Hz的交流电，逆变电路如图2-60所示。四个MOS管组成全桥结构，C2、C3、R1、R2、VD1、VD2组成RCD缓冲电路，用来吸收MOS管切换时产生的过冲电压分量。缓存电容可以减小电阻的损耗，二极管抑制寄生振荡，C1和C4确保开关切换时的可靠性，可以有效抑制du/dt的变化。

整个DC/DC变换器部分是由单片机和PWM控制器联合控制的。控制S1和S2导通的互补带死区的PWM波可以由PWM控制器TL494来提供，单片机提供2倍电网频率的正弦平方波信号，作为PWM控制器中的电流给定值，来对升压电路的输出电流进行钳位。变压器的输出经过VD1、VD2、VD3、VD4组成H桥电路整流得到2倍电网频率的正弦半波。逆变环节中先由单片机监测外电网的相位，根据外电网的相位控制生成PWM波，驱动全桥逆变电路中的功率器件做工频开关，逆变输出与电网同频同相的220V交流电。

设计实例的实验波形如图2-61所示，从图中可以看出，电网电压在波峰和波谷存在明显谐波，由于电网电压的扰动，微型逆变器的输出电流波形在波峰和波谷处出现了比较明显的畸变，同时过零点的波形畸变也比较严重。波形的畸变会影响电网的正常工作和电网质量，因此需要为逆变器加入前馈控制。

由单片机采集外电网电压，利用采集得到的外电网电压值乘以正弦系数来调制给定PWM控制器的正弦平方波信号，给定电流信号如图2-62所示的2通道所示。

加入前馈补偿后，微型逆变器的输出电流波形在波峰和波谷处畸变基本得到了解决，同时过零点的波形畸变也得到了很大改善。因为加入了前馈补偿，电流环能够快速跟随上电网，这样在观测静态特性的同时也兼顾了动态变化，波形如图2-63所示。

2.6.2　微型并离网逆变器设计

仔细观察会发现设计实例中应用的主电路拓扑结构与推挽式离网逆变器的主电路拓扑结构基本相同，只有在直流输出侧离网逆变器需要直流支撑电容来保证直流电压不会发生突变。推挽式离网逆变器的主电路拓扑结构如图2-64所示。

虽然电路拓扑结构基本相同，但控制方法却差异很大，推挽式离网逆变器的直流输出侧是稳定的400V直流电，所以PWM控制器的电流给定是一个恒定值而不是正弦平方波信号，全桥逆变电路中功率器件的驱动信号是SPWM波而不是工频开关。可以对微型逆变器的主电路进行改造，加入直流支撑电容和作为切换用的固态继电器，通过一定的控制方法就可以实现微型逆变器并网与离网间的切换。改造电路的原理图如图2-65所示。

在微型逆变器正常并网运行时，方框1中的继电器RL1断开，直流支撑电容C1和C2不接入主电路，方框2中的继电器RL2吸合，通过接口J2与电网相连。如果检测到电网异常，首先通过单片机控制PWM控制器封锁并停止逆变，使整个装置停机，再控制继电器RL1吸合，使直流支撑电容C1和C2接入主电路；RL2断开使逆变输出的220V交流电通过接口J1连接负载，这就实现了微型逆变器的离网运行。