在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能光伏電池對(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題。

解決輸入電壓寬范圍變化的問題，常見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，越來越多的學(xué)者開始研究單級(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)：無需變壓器、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、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有解決濾波器尺寸大的問題。

有學(xué)者提出了Z源逆變器，Z源逆變器通過將無源儲(chǔ)能元件組成的無源網(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，盡管可以通過改變無源網(wǎng)絡(luò)使升壓能力得到提高，但是改變后的無源網(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)簡單、無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)電路無電解電容化；該逆變器在單位功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，無需加入死區(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，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。

圖1 新型Buck-Boost逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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理論與仿真研究，最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過實(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。