摘要

上海市電站自動化技術重點實驗室（上海大學自動化系）、教育部光伏系統工程研究中心（合肥工業大學電氣與自動化工程學院）的研究人員馮夏云、汪飛等，在2018年第11期《電工技術學報》上撰文，采用小信號法建立了電流反饋控制型及準諧振峰值電流控制型反激式微型逆變器的諾頓等效模型，并提出了并網諧波交互機理的分析方法。

基于該諾頓等效模型，分析了兩種反激式微型逆變器的并網諧波交互情況，研究了兩種逆變器集群并網時的抗諧波交互能力以及集群的并網諧波交互性能。揭示了準諧振峰值電流控制型反激式微型逆變器具有比電流反饋控制型反激式微型逆變器更窄的諧振頻帶，從而使得前者比后者具備更強的抗諧波交互能力。最后在理論分析和仿真、實驗基礎上，設計了2臺250 W樣機進行機理性的實驗驗證。

微型逆變器（簡稱微逆）作為分布式光伏發電系統模塊化結構的關鍵技術，受到了廣泛研究和關注[1-6]。全美最大的微逆生產商Enphase在過去十幾年內已經售出1 300萬臺微逆，超過54萬用戶[7]，目前Enphase也計劃進軍中國市場[8]。國內首個微逆系統工程于2011年在浙江嘉興建成，在國家對光伏產業大力扶植的背景下，微逆將會是未來光伏并網逆變器重要的發展趨勢之一。

目前微逆的主流設計方案采用高頻磁鏈技術。Enecsys推出的微型逆變器采用了半橋高頻磁鏈技術，實現了高功率密度集成及無電解電容；英飛凌提供基于LLC諧振高頻磁鏈的微型逆變器方案。但是這類逆變器采用了多級結構，使得系統效率和成本提升空間不大，同時復雜的控制對微控制器提出了較高要求。

大規模應用于商業的是基于反激變換器的微型逆變器方案（如Enphase, Power-One等，簡稱反激逆變器）。這些方案主要采用電流反饋控制或峰值電流控制實現反激變換器電流源控制。其中，電流反饋控制中反激電路工作在CCM模式（Continuous Current Mode，連續電流模式），峰值電流控制中工作在BCM模式（Boundary Current Mode，臨界連續電流模式）。由于DCM模式（Discontinuous Current Mode，斷續電流模式）的反激變換器功率密度較低，所以沒有應用在微型逆變器場合。

文獻[3,9]研究表明，工作在CCM模式的反激逆變器效率將會高于工作在BCM模式的反激逆變器。但文獻[5,10-12]提出電流反饋控制的反激逆變器小電流并網時容易進入DCM模式，而引起電流畸變問題，故對電流反饋控制提出了更高的設計要求。

顯然，對于兩種控制模式下的單個反激微逆研究較為成熟。但隨著其應用過程中的集群效應加劇，本文希望從諧波交互角度，對比出兩種反激逆變器的并網性能優劣。諧波交互問題首先在組串式逆變器集群并網系統中突顯，于是引起了眾多學者的廣泛關注[13-19]。

目前研究方法主要有基于環路穩定性的分析方法[13-15]和基于阻抗網絡外特性的分析方法[16,19]。采用基于環路穩定性的分析方法[20]建模時忽略了諸如線阻抗及不同逆變器輸出特性等導致建模復雜的因素，使得該方法不精確，難以應用于不同逆變器并聯系統。

而基于阻抗的分析方法[21]考慮了線阻抗等因素，精度更高，采用節點電壓法分析并網公共點阻抗特性時，可以分析具有不同輸出特性的集群并網系統。因此本文采用基于阻抗穩定性判據的方法分析了以上兩種反激逆變器集群并網諧振問題。

文獻[22]首次研究了微逆并網諧波交互的問題，本文將采用其研究思路對比兩種反激逆變器集群并網諧波交互性能。

首先，本文分別介紹了電流反饋控制型反激逆變器和準諧振峰值電流控制型反激逆變器的工作原理，利用小信號建模法分別求得兩種反激逆變器等效諾頓模型；然后利用系統導納矩陣分析了兩種反激逆變器各自集群阻抗與電網阻抗匹配情況，可計算出各自的諧振點及諧振阻抗，并就兩種微逆集群系統并網諧波交互能力進行了對比，發現準諧振峰值電流控制相對于電流反饋控制具有較窄的諧振頻帶，減小了準諧振峰值電流控制諧振多發性，從而使得其抗諧波交互能力優于電流反饋控制；最后通過搭建仿真模型驗證了本文研究方法和結論的有效性，并設計了2臺250 W的反激式微型逆變器進行了相關的實驗驗證。

圖1 反激式微型逆變器

結論

本文采用小信號分析法得到了兩種反激逆變器諾頓等效模型。利用等效諾頓模型，對比分析了兩種反激逆變器集群并網時諧波交互性能，并得到了如下結論：

1）分析了兩種具有偽直流母線的反激式微型逆變器，計算了正弦波并網時不同靜態工作點下的反激式微型逆變器輸出特性及諧波交互問題。

2）準諧振峰值電流控制型微逆在不同電網電壓的靜態工作點處諧振頻帶較電流反饋控制的微逆諧振頻帶窄，減小了準諧振峰值電流控制逆變器諧振多發性，從而使得其諧波交互能力優于電流反饋控制。