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輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）的研究人員周林、解寶、鄭晨等，在2017年第18期《電工技術學報》上撰文指出，隨著越來越多的分布式能源接入電網，并網逆變器獲得了更多的應用。并網逆變器能夠成功實現并網運行的前提是其直流母線電壓高于最小要求限值，這限制了并網逆變器的應用。為降低并網逆變器的應用門檻，提出一種單相并網LCL型逆變器的改進設計方案。
圖1 單相并網LCL型逆變器主電路拓撲結構
該設計方案通過將LCL型濾波器設計成一個有一定升壓增益的模塊，降低了前端逆變橋的輸出電壓要求，進而能夠降低并網逆變器的直流母線電壓限制，擴大了單相并網逆變器在低功率場合下的應用。首先分析傳統LCL型單相并網逆變器直流母線電壓受限制的原因，然后基于一種改進LCL型濾波器設計思路，利用其電壓增益功能，給出一種詳細的單相并網LCL型逆變器的改進設計方案，最后通過仿真和實驗驗證了提出的設計方案的有效性。
隨著環境污染和化石能源危機的不斷加劇，清潔的可再生能源得到了快速的發展，而在以光伏發電等新能源為代表的分布式發電系統中，并網運行是其中的一種重要運行方式，對于緩解地區電力系統的負荷壓力，提高電力系統運行可靠性和經濟性具有重要作用。
以分布式光伏發電系統為例，一般地，單相并網逆變器直流母線電壓設為400V，對于一塊最大輸出功率為200W的太陽電池板，其最大功率點電壓為24.3V，因此為了達到逆變器并網要求，至少需要17塊上述相同的太陽電池板進行串聯，而此時太陽電池陣列輸出總的功率為3.4kW。
當要求逆變器降額運行或光伏發電系統總功率低于3.4kW時，就難以進行太陽電池板的配置實現光伏逆變并網運行。為此，作為一種可以獨立作用于單個光伏組件的功率變換器——光伏微型逆變器，得到了迅速發展和廣泛地關注并受到人們的青睞。
微型逆變器比較成熟的方案主要包括基于高頻變壓器的單級反激式逆變器和基于高增益DC-DC變換器的多級式逆變器。多級式微型逆變器電路結構復雜、所需元器件較多且能量轉換次數多，整體效率降低，相較而言，單級反激式逆變電路具有結構簡單、元器件數量少等優點。
但以反激式變換器為基礎的逆變器工作在斷續狀態，開關管承受的電壓和電流應力相對較大，會造成較高的開關損耗。反激變換器的變壓器需要起到能量的存儲和轉換作用，在能量轉換的過程中，通常小變壓器將導致系統有5%的能量損耗，有時甚至更高。單級反激式微型逆變器中的DC-DC電路需要同時實現升壓和正弦電流調制的功能，控制比較復雜。
文獻[9]基于單相單級光伏LCL型并網逆變系統，提出了一種改進的LCL型濾波器設計思路，目的是消除逆變器直流側電壓限制，擴大光伏發電系統的應用場合，但其重點關注了逆變器并網電流的控制，沒有給出正確且詳細的設計方案。
基于此，本文對文獻[9]中的設計進行了改進，提出了一種單相并網LCL型逆變器的改進設計方案，該設計方案能夠降低單相并網逆變器的直流母線電壓限制，擴大并網逆變器的應用場合。
圖1 單相并網LCL型逆變器主電路拓撲結構
圖7 單相并網逆變器實驗系統
結論
針對目前并網逆變器的高直流母線電壓限制，本文提出了一種單相并網LCL型逆變器的改進設計方案，所得結論如下：
1）傳統LCL型單相并網逆變器直流母線電壓受到限制的原因是單相全橋逆變電路的直流電壓利用率為一有限常數，且沒有發揮LCL型濾波器的電壓變換能力。
2）本文提出的單相并網LCL型逆變器改進設計方案，能夠在不改變電路拓撲，不影響濾波器效果的情況下，降低逆變器直流母線電壓的限制，實現較低直流母線電壓下的逆變器并網運行。
3）仿真和實驗分別驗證了本文所提出的單相并網LCL型逆變器改進設計方案的有效性。
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