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光伏并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中最核心的部件，在新能源發(fā)電和電能變換等場(chǎng)合具有廣泛的應(yīng)用。目前，逆變器發(fā)展的主要目標(biāo)是高效率、高功率密度、高可靠性，提高開關(guān)頻率可以減小無(wú)源器件的體積，進(jìn)而提高并網(wǎng)逆變器的功率密度，但是這不僅會(huì)增加開關(guān)損耗，還會(huì)帶來(lái)較大的電磁干擾。

軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用會(huì)大大降低開關(guān)損耗，進(jìn)而有效提高開關(guān)頻率，減小逆變器的體積與成本，保證逆變器的高效運(yùn)行與降低電磁干擾。目前逆變器中的軟開關(guān)技術(shù)主要包括無(wú)源軟開關(guān)技術(shù)與有源軟開關(guān)技術(shù)，但都需增加額外的器件與輔助電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這不僅增加了逆變器的體積與成本，所帶來(lái)的控制復(fù)雜度也降低了逆變器工作的穩(wěn)定性。

針對(duì)高效率的需求，有學(xué)者提出了一種適用于中小功率等級(jí)的逆變器上的電感電流臨界連續(xù)模式控制策略，通過(guò)控制電感電流工作于臨界電流模式，在不增加任何額外器件與輔助電路的基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通（ZVS）。但是隨著負(fù)載減輕，工作于臨界模式下的逆變器開關(guān)頻率均會(huì)隨之增大，雖然開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓開通，開通損耗可忽略不計(jì)，但關(guān)斷損耗依舊存在，當(dāng)逆變器工作于輕載時(shí)，過(guò)高的開關(guān)頻率導(dǎo)致關(guān)斷損耗加劇，從而大大降低了輕載時(shí)的變換效率。

此外，由于需要額外電流實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，輕載時(shí)電流有效值并不會(huì)隨負(fù)載減輕呈線性下降，這也導(dǎo)致了工作于臨界電流模式下的逆變器輕載工作效率較低，難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的效率優(yōu)化。有學(xué)者提出并分析了固定關(guān)斷時(shí)間的電感電流斷續(xù)模式策略，通過(guò)損耗分析證明了電感電流斷續(xù)模式下的逆變器效率明顯高于電感電流連續(xù)模式，但是斷續(xù)模式輕載時(shí)開關(guān)頻率依然會(huì)增大，導(dǎo)致過(guò)高的開關(guān)損耗。

針對(duì)上述問(wèn)題，南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的研究人員提出了一種逆變器輕載效率優(yōu)化方法。實(shí)現(xiàn)路徑為：采樣逆變器的輸出電壓和輸出電流，得到實(shí)時(shí)輸出功率，若實(shí)時(shí)輸出功率小于預(yù)設(shè)切換功率，則進(jìn)入斷續(xù)工作模式，并根據(jù)輸入電壓、輸出電壓、輸出功率優(yōu)化關(guān)斷時(shí)間，在負(fù)載減輕時(shí)盡可能地增加關(guān)斷時(shí)間，以降低逆變器的開關(guān)頻率與開關(guān)損耗，從而提升輕載時(shí)的效率。

此外，由于電感電流降至零后由寄生參數(shù)參與的諧振會(huì)導(dǎo)致電感電流峰值偏離理論值。對(duì)此，研究人員通過(guò)采樣電感電流與理論電感電流峰值進(jìn)行比較的方式，保證了開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電感電流等于理論峰值。

圖1 兩級(jí)式微型逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

針對(duì)臨界電流模式下逆變器輕載效率較低的問(wèn)題，研究人員詳細(xì)分析了所采用的可變關(guān)斷時(shí)間電感電流斷續(xù)模式的工作原理并推導(dǎo)理論計(jì)算依據(jù)。他們選擇在輕載時(shí)切換為斷續(xù)電流模式，對(duì)斷續(xù)模式下的全橋逆變器工作原理及特性進(jìn)行了詳細(xì)分析與理論推導(dǎo)，并針對(duì)輕載條件下關(guān)斷時(shí)間toff的取值進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低了輕載工作時(shí)逆變器的開關(guān)頻率及損耗，提升了輕載下的效率。

同時(shí)，他們還考慮了電流斷續(xù)時(shí)電路寄生參數(shù)對(duì)電感電流的影響，通過(guò)比較器硬件限制電感電流峰值的方式，改善輕載電流的質(zhì)量，并介紹了基于此方式的變換器整機(jī)控制策略。此外，針對(duì)傳統(tǒng)的通過(guò)控制器計(jì)算理論導(dǎo)通時(shí)間的控制方式，還分析了其導(dǎo)致電感電流出現(xiàn)畸變的根本原因，并通過(guò)電感電流采樣與比較器觸發(fā)的方式來(lái)解決。最后，研究人員制作了一臺(tái)300W的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，在輕載時(shí)可變關(guān)斷時(shí)間的斷續(xù)模式能有效提升逆變器的效率。

以上研究成果發(fā)表在2020年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于可變關(guān)斷時(shí)間斷續(xù)電流模式的全橋逆變器輕載效率優(yōu)化方法”，作者為郎天辰、杜士祥、尹浩、胡海兵。