在現(xiàn)在的生活中，太陽(yáng)能產(chǎn)品處處可見(jiàn)，人們用太陽(yáng)能煮飯，還有太陽(yáng)能熱水器等等，無(wú)處不見(jiàn)太陽(yáng)能產(chǎn)品，當(dāng)然，最重要的還是太陽(yáng)能發(fā)電，但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽(yáng)能發(fā)電。燕山大學(xué)電力電子節(jié)能與傳動(dòng)控制河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司秦皇島市撫寧區(qū)供電分公司的研究人員王立喬、李占一、劉樂(lè)、黃海文，在2019年第20期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文(論文標(biāo)題為“一種無(wú)電解電容單級(jí)Buck-Boost逆變器”)，針對(duì)中小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)中電壓源型逆變器不能升降壓運(yùn)行、直流側(cè)需要大容量電解電容的問(wèn)題，提出一種新型無(wú)電解電容單級(jí)Buck-Boost逆變器。

該逆變器具有升降壓能力，不僅電路本身不含電解電容，而且其抵抗輸入側(cè)低頻脈動(dòng)的能力強(qiáng)，有利于減小輸入側(cè)濾波電容值，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)無(wú)電解電容化。該逆變器具有成本低、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、短路及斷路保護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，符合中小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求。

該文首先介紹該逆變器的工作原理，然后建立其數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)節(jié)器。在理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能光伏電池對(duì)環(huán)境因素非常敏感，受外部因素影響，其輸出電壓具有很大的波動(dòng)性，即光伏逆變器的輸入電壓是寬范圍變化的。在中小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏逆變器多采用電壓源型橋式逆變器，其輸出電壓峰值只能小于輸入側(cè)直流電壓值，這造成輸入側(cè)電壓波動(dòng)范圍較大時(shí)，電壓源型橋式逆變器不能滿足要求。

另外，受外界環(huán)境因素的影響，光伏陣列輸出的直流電壓會(huì)有小范圍的低頻脈動(dòng)，同時(shí)考慮到逆變器緩沖無(wú)功能量的需求，一般需要加入一個(gè)電解電容進(jìn)行穩(wěn)壓、濾波。為達(dá)到較好的穩(wěn)壓、濾波效果，并聯(lián)電容往往需要使用大容量的電解電容，因此存在系統(tǒng)體積大、壽命以及可靠性低等問(wèn)題。

解決輸入電壓寬范圍變化的問(wèn)題，常見(jiàn)的措施是采用具有升降壓能力的逆變器。傳統(tǒng)的具有升降壓能力的逆變器可以分為隔離型逆變器和多級(jí)型逆變器。隔離型逆變器中存在工頻或高頻變壓器，導(dǎo)致系統(tǒng)體積大、成本高。多級(jí)型逆變器在電壓型逆變器前級(jí)加入升壓型DC-DC電路，通過(guò)前級(jí)后級(jí)的協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)升降壓逆變，但各能量級(jí)之間使用了大容量電解電容進(jìn)行穩(wěn)壓、濾波，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低、可靠性差。

由于傳統(tǒng)方案的不足，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始研究單級(jí)非隔離結(jié)構(gòu)的逆變器。與傳統(tǒng)方案相比，單級(jí)非隔離升降壓型逆變器有諸多優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需變壓器、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所需元件少;相比多級(jí)式拓?fù)淦渲挥幸粋€(gè)能量環(huán)節(jié)，因此在效率方面具有優(yōu)勢(shì)。但是目前已經(jīng)提出的單級(jí)升降壓型逆變器大多沒(méi)有解決濾波器尺寸大的問(wèn)題。

有學(xué)者提出了Z源逆變器，Z源逆變器通過(guò)將無(wú)源儲(chǔ)能元件組成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)加入橋式結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)升降壓逆變，但Z源逆變器中無(wú)源網(wǎng)絡(luò)所需的電感和電容值較大，且其升壓能力較弱，盡管可以通過(guò)改變無(wú)源網(wǎng)絡(luò)使升壓能力得到提高，但是改變后的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件參數(shù)設(shè)計(jì)也變得困難。

有學(xué)者提出一種單級(jí)非隔離雙Cuk逆變器，借助于Cuk電路的升降壓能力，該逆變器可以實(shí)現(xiàn)升降壓逆變，但是該逆變器中間電容值較大，且輸出電壓正負(fù)半周需要兩個(gè)直流電源獨(dú)立供電，增加了系統(tǒng)成本，雖可以采用單電源加兩個(gè)電容分壓的方式，但是分壓電容往往需要容值很大的電解電容，這將進(jìn)一步降低系統(tǒng)的可靠性。

有學(xué)者提出一種集成式逆變器，集成式逆變器將升降壓型變換器和全橋逆變器通過(guò)共用功率器件的方式集成在一起，雖降低了元器件數(shù)量，但是該逆變器仍需要一個(gè)容值較大的電解電容。

針對(duì)已有方案的不足，本文提出一種基于Buck- Boost變換器的新型逆變器，該逆變器具有成本低、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需電解電容和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。該逆變器單級(jí)可以實(shí)現(xiàn)升降壓功能，適用于輸入電壓寬范圍變化的場(chǎng)合;其抵抗輸入側(cè)低頻脈動(dòng)能力強(qiáng)，有助于降低輸入側(cè)濾波電容值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路無(wú)電解電容化;該逆變器在單位功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，無(wú)需加入死區(qū)信號(hào)和疊流信號(hào)，因此可靠性強(qiáng)、輸出電壓總諧波畸變率(Total Harmonics Distortion, THD)低。本文理論分析了該逆變器的工作原理及調(diào)制方式，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。

結(jié)論

本文針對(duì)中小功率系統(tǒng)，提出一種新型單級(jí)非隔離Buck-Boost逆變器。對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理、調(diào)制方式、數(shù)學(xué)模型以及控制方法展開(kāi)理論與仿真研究，最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析與仿真的正確性，得到以下結(jié)論：

1)新型單級(jí)非隔離Buck-Boost逆變器不含電解電容，所需有源和無(wú)源器件均較少，體積小、成本低、可靠性高，該逆變器單級(jí)可實(shí)現(xiàn)升降壓功能，對(duì)光伏發(fā)電等寬范圍輸入場(chǎng)合的適應(yīng)能力強(qiáng)。

2)該逆變器對(duì)輸入電壓低頻脈動(dòng)有一定的抵抗能力，且具有短路及斷路保護(hù)簡(jiǎn)單、輸出波形正弦度高的優(yōu)點(diǎn)。

3)建立了逆變器的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了閉環(huán)控制系統(tǒng)，仿真和實(shí)驗(yàn)證明了在閉環(huán)控制下，逆變器就可以跟隨給定、抵抗輸入電壓突變及負(fù)載突變擾動(dòng)，具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能。相信再過(guò)幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽(yáng)能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無(wú)窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。