基于交流侧功率耦合的无电解电容微逆变器及其脉冲能量调制技术研究

Electrolytic capacitor is the key component that affects the stability and the service life of photovoltaic(PV) micro-inverter. Micro-inverter technique without electrolytic capacitor becomes the important method to increase the service life of PV system because the research of the super long time low voltage electrolytic capacitor is difficult to have a breakthrough. The project team proposes a novel micro-inverter technique without electrolytic capacitor based on the power coupling technique connected with ac side in parallel. For topologies, the power coupling circuit is connected with ac side of inverter in parallel, coupling circuit adopts novel hybrid buck-boost topologies, and the inverter adopts the simple voltage source inverter. This topology has the advantages of high efficiency, less coupling capacitor and small compact design. For control system designing, the project team proposes the pulse energy modulation based on the power coupling dynamic characteristics to implement the uniform and harmonious control for the inverter circuit and coupling circuit. The main research contents included the analysis of power coupling dynamic characteristics for novel micro-inverter without eletrolytic capacitor, the energy control model construction of inverter circuit and coupling circuit, the studying of pulse production principle, and the calculation of pulse width according the amount of coupling power. The successful implementation of this project will exceed the bottlenecks of stability and service life of micro-inverter in small distributed generation PV system and ensure its further rapid development.

电解电容器是影响光伏微逆变器稳定性和使用寿命的关键器件，现阶段低压超长寿命电解电容器技术研究难有突破，故研究无电解电容微逆变器技术成为解决这一问题的重要途径。本项目组提出一种基于交流侧并联耦合电路的新型无电解电容光伏微逆变器方案。拓扑结构方面，功率耦合电路采用混合buck-boost 型电路，且并联在逆变电路的交流输出侧，逆变部分采用简单的电压源型拓扑结构。该技术方案具有效率高、耦合电容值很小且易于实现系统小型化设计等优点。控制系统方面，提出采用基于功率耦合动态特性的脉冲能量调制技术，实现逆变电路和耦合电路的协调统一控制。研究内容包括：分析新型无电解电容微逆变器的拓扑结构和功率耦合动态特性，建立功率耦合电路的脉冲能量模型，研究脉冲能量调制技术的脉冲产生机理，讨论驱动脉冲宽度计算方法。本项目的成功实施可以解决光伏微逆变器稳定性能和使用寿命的技术瓶颈，为分布式光伏发电的进一步快速发展提供保证。

电解电容器是影响光伏微逆变器稳定性和使用寿命的关键器件，现阶段低压超长寿命电解电容器技术研究难有突破，故研究无电解电容微逆变器技术成为解决这一问题的重要途径。项目组提出基于交流侧功率耦合的无电解电容微逆变器及其脉冲能量调制技术的研究方案。提出了五种基于交流侧并联功率耦合技术的新型无电解电容微逆变器拓扑结构，逆变部分采用传统的电压源拓扑，功率耦合电路并联接入在逆变器的交流输出端。研究和分析了电力电子功率耦合电路的结构和工作模式，研究了新型无电解电容微逆变器的能量动态特性，分析和讨论微逆变器的各部分输入输出和能量动态特性缓冲关系。控制系统方面，提出采用基于功率耦合动态特性的脉冲能量调制技术，实现逆变电路和耦合电路的协调统一控制。分析讨论了五种新型无电解电容微逆变器的拓扑结构和功率耦合动态特性，建立功率耦合电路的脉冲能量控制模型，讨论设计了脉冲能量调制技术的脉冲产生机理，讨论驱动脉冲宽度计算方法。项目组经过四年的研究，完成了研究内容，达到了研究目标，项目的研究成果可用来解决光伏微逆变器稳定性能和使用寿命的技术瓶颈，为分布式光伏发电的进一步快速发展提供保证。通过该项目的研究，项目组培养3名研究生，研究成果在国内外重要杂志或会议上共发表学术论文22篇，其中EI检索10篇，CSCD期刊论文7篇，申请并受理发明专利4项，受理实用新型专利1项，授权实用新型专利3项。