華南理工大學(xué)電力學(xué)院、深圳茂碩電氣有限公司的研究人員張峰、謝運(yùn)祥、胡炎申、陳剛、王學(xué)梅，在2020年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，對(duì)臨界模式（BCM）混合光伏微型逆變器的特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。

該新型電路拓?fù)錇榉歉綦x虛擬直流母線結(jié)構(gòu)，一方面，繼承了升壓-反激變換器的低變壓器匝比、低漏感量、低電壓應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)；另一方面，還具有反激變換器的降壓特性。利用混合變換器在BCM的自然諧振特性，實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)管的零電壓或者谷壓軟開(kāi)關(guān)，以及整流二極管的零電流軟開(kāi)關(guān)。

升壓-反激變換器還提供了固有的無(wú)損吸收電路，使變壓器的漏感能量得以利用，并實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)管關(guān)斷電壓尖峰的鉗位。上述特性使混合逆變器具有比傳統(tǒng)的反激逆變器更小的變壓器體積和更高的變換器效率。文中介紹了其工作原理，同時(shí)，推導(dǎo)了一種參考電流數(shù)學(xué)公式，以保證高的并網(wǎng)電流質(zhì)量。

隨著光伏電池技術(shù)的快速發(fā)展，光伏模塊成本的不斷降低以及電力電子技術(shù)的進(jìn)步，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)相比其他可再生能源系統(tǒng)表現(xiàn)出極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。光伏微型逆變器，也稱為光伏交流模塊式逆變器，因具有發(fā)電量高、安全性好、制造成本低、安裝維護(hù)方便、支持“即插即用”、系統(tǒng)容量易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中逐漸被采用。

基于虛擬直流母線結(jié)構(gòu)的反激式微型逆變器，輸入輸出隔離、結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡(jiǎn)單，近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。有學(xué)者對(duì)斷續(xù)模式（Discontinuous Conduction Mode, DCM）和臨界模式（Boundary Conduction Mode, BCM）兩種工作模式進(jìn)行對(duì)比，指出DCM雖控制簡(jiǎn)單，具有零電流關(guān)斷（Zero Current Switching, ZCS）軟開(kāi)關(guān)特性，但因主開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力大，只適用于小功率場(chǎng)合；BCM功率密度更高，控制也不復(fù)雜，適合較高功率的應(yīng)用場(chǎng)景。此外，將準(zhǔn)諧振（Quasi-Resonant, QR）技術(shù)引入BCM，可實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電壓軟開(kāi)關(guān)（Zero Voltage Switching, ZVS）或谷壓軟開(kāi)關(guān)（Valley Switching, VS），進(jìn)一步提高了變換器效率。

有學(xué)者提出一種適用于BCM的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，對(duì)反激逆變器的權(quán)重效率進(jìn)行了優(yōu)化。連續(xù)模式（Continuous Conduction Mode, CCM）具有峰值電流小、電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI）低、濾波器容易設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)復(fù)雜，且存在右半平面零點(diǎn)，增加了控制器的設(shè)計(jì)難度。

第三端口用于實(shí)現(xiàn)功率解耦的三端口反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有利于延長(zhǎng)逆變器使用壽命，提高其可靠性，然而變換效率有待于進(jìn)一步提高。交錯(cuò)反激逆變拓?fù)?，降低了電流紋波和電壓、電流應(yīng)力，提高了功率密度和功率等級(jí)。混合兩相DCM/單相DCM或者兩相BCM/單相BCM控制策略，能有效提高交錯(cuò)反激逆變器寬負(fù)載范圍內(nèi)的效率，但在兩相與單相之間進(jìn)行過(guò)渡時(shí)會(huì)產(chǎn)生并網(wǎng)電流的畸變，增大了總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion, THD）。

有學(xué)者采用非互補(bǔ)控制策略的有源鉗位技術(shù)，將漏感能量回收利用，降低了漏感尖峰。有學(xué)者進(jìn)一步介紹了一種自適應(yīng)有源鉗位技術(shù)，通過(guò)在低電網(wǎng)電壓時(shí)，將有源鉗位電路旁路的方式，實(shí)現(xiàn)了變換效率的進(jìn)一步提升。

有學(xué)者采用倍工頻工作的輔助開(kāi)關(guān)管，提出一種自適應(yīng)無(wú)損吸收混合DCM/ BCM的反激逆變器，通過(guò)在DCM時(shí)，旁路無(wú)損吸收電路的方法來(lái)提高變換器效率，克服了有源鉗位電路中輔助開(kāi)關(guān)管高頻工作的缺點(diǎn)，然而，沒(méi)有對(duì)DCM與BCM兩種工作模式的平滑過(guò)渡展開(kāi)研究，這將影響并網(wǎng)電流的質(zhì)量。

有學(xué)者將串聯(lián)諧振倍壓整流器集成于基于直流母線結(jié)構(gòu)的反激逆變器，在滿足高增益特性的前提下，降低了變壓器匝比，同時(shí)也減小了漏感量，這為解決漏感問(wèn)題提供了新的思路。然而，采用直流母線結(jié)構(gòu)，逆變單元的開(kāi)關(guān)管也工作于高頻狀態(tài)，與虛擬直流母線結(jié)構(gòu)相比，控制更復(fù)雜，變換效率更低；此外，該拓?fù)洳⒎窍皇墙档土寺└辛浚嗜孕璨捎糜性淬Q位或者無(wú)損吸收技術(shù)來(lái)回收漏感能量。

升壓-反激變換器如圖1所示，相比傳統(tǒng)的反激變換器，同樣降低了變壓器匝比和漏感量，并且存在固有的無(wú)損吸收電路而無(wú)需外加電路元件。有學(xué)者將升壓-反激變換器應(yīng)用于基于直流母線結(jié)構(gòu)的微型逆變器，盡管該電路拓?fù)洳痪哂懈綦x功能，但可效仿傳統(tǒng)的非隔離組串式或集中式逆變器，通過(guò)增加兩個(gè)繼電器來(lái)滿足安規(guī)要求。然而，升壓-反激變換器不適用于基于虛擬直流母線結(jié)構(gòu)的微型逆變器，原因在于其不具有降壓功能。

華南理工大學(xué)電力學(xué)院、深圳茂碩電氣有限公司的研究人員，將一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一個(gè)二極管集成于升壓-反激變換器，構(gòu)建一種非隔離虛擬直流母線混合微型逆變器，并且，基于具有軟開(kāi)關(guān)特性的BCM峰值電流控制，對(duì)該新型電路拓?fù)涞奶匦赃M(jìn)行了詳細(xì)的分析。

該電路拓?fù)湓诎牍ゎl周期內(nèi)交替工作于升壓-反激（Boost-Flyback, BF）模式和反激（Flyback, F）模式：當(dāng)工作于BF模式時(shí)，在低的變壓器匝比和漏感量下，獲得了高的電壓增益和低的電壓應(yīng)力，此外，還提供了固有的無(wú)損吸收電路，漏感能量得以回收利用，實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)管的電壓鉗位；F模式解決了BF模式不能降壓的問(wèn)題，使得在直流母線處產(chǎn)生直流正弦全波（饅頭波）成為可能。介紹了該電路拓?fù)涞墓ぷ髟?，并推?dǎo)了一種參考電流數(shù)學(xué)公式以獲得理想的并網(wǎng)電流。

該新型電路拓?fù)浔举|(zhì)上通過(guò)引入反激模式將升壓-反激變換器應(yīng)用于基于虛擬直流母線結(jié)構(gòu)的微型逆變器領(lǐng)域。采用的模式過(guò)渡開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)（一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一個(gè)二極管）僅工作于倍工頻，不會(huì)增加過(guò)多的開(kāi)關(guān)損耗和成本。大部分時(shí)間工作于升壓-反激模式，可自然地實(shí)現(xiàn)升壓-反激模式與反激模式之間的平滑過(guò)渡。

理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，相比傳統(tǒng)的BCM反激微型逆變器，除了具有高升壓比和軟開(kāi)關(guān)特性外，該逆變器還具有：1）低的變壓器匝比和漏感量，降低了變壓器體積，提高了變壓器利用率；2）低的電壓應(yīng)力，包括低的理想電壓應(yīng)力和低的漏感尖峰電壓；3）固有的無(wú)損吸收電路，無(wú)需外加電路元件；4）較高的變換器效率。

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