能源是人类赖以生存和发展的主要物质基础， 是世界经济的支柱，也是影响国家安全的重要因素。目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然气和水与核能等一次能源为主，然而这些有限的能源储量正在日趋枯竭。能源问题是制约人类社会不断地可持续发展的最重要因素之一。此外，大量使用化石燃料已经给人类生存环境带来了严重的后果。因此，在有限资源和环保严格要求的双重制约下，人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有储量的无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势， 它的开发利用是解决常规能源特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。 太阳能利用有两个重要途径光热和光伏发电。光伏发电是利用半导体材料的光生伏打效应原理直接将太阳辐射能转换为电能的技术。太阳能光伏发电是太阳能发电技术中最有可能大规模经济利用的技术，它具有一许多其他发电方式无法比拟的优点。而逆变器是光伏发电系统中最主要的关键性平衡部件，其质量的好坏对光伏发电系统的安全性和可靠性起着至关重要的作用。 1 光伏逆变器的简介 逆变器的主电路结构按照输出的隔离形式分为工频变压器隔离方式，高频变压器隔离方式，非隔离3 方式种。采用工频变压器进行隔离的逆变器，具有良好的抗雷击和消除尖波的性能，电路简单，变换只有一级，但是主变压器和滤波电感体积大。采用高频变压器的逆变器比工频变压器隔离的逆变器体积小，重量轻，成本低。但是，经多级变换，回路较为复杂，效率问题比较突出。了进一步降低成本，提高效率，采用无变压器无隔离方式逆变器主电路，如图1 所示，其中(a)部分电路为为boost 升压电路，(b)部分电路为全桥逆变电路。
图1 非隔离型逆变器主电路 2 Boost ZVT-PWM 变换器基本原理 随着技术的进步和对投资收益比的追求，在光伏发电系统中不仅追求太阳能组件的转换效率，而且还追求逆变器转换效率。图1 所示电路虽然能提高逆变转换效率，但是由于功率管Q1 工作在硬开关状态，不仅其开关损耗较大，而且增大了电路中开关管的电压和电流应力，另外，还会带来了电磁干扰(EMI)问题。 本文的零转换(Zero transition)变换电路将解决上述电路中诸多问题，其主要特点是把辅助谐振网络从主功率通路中移开，变为与主功率开关管并联。在主功率开关管变换的很短一段时间间隔内，导通辅助开关管使辅助谐振网络起作用， 使主功率开关管在零电压下完成开关过程，完成这种过程的PWM 变换器称为零电压转换(ZVT-PWM)变换器。 图2 所示为基本的零电压转换PWM 变换电路拓扑结构的改进电路，该电路不仅主功率开关管工作于零电压转换状态，而且其辅助功率开关管也能在软开关条件下完成开关过程。该电路在工程实际应用中具有重要意义，进一步提高了整个电路的效率。
图2 ZVT Boost 主电路拓扑 图2 中Q1为变换器的主开关管，Qa为辅助开关管，D1为主二极管，其他电路器件(二极管Dt、Da，电感La，电容Cr、Ca)为构成辅助谐振回路的元器件， 其中DQ1和Cr分别是主开关管Q1的反并联二极管和输出结电容。该电路具有如下特点： a.实现主功率开关管Q1的零电压开通(ZVS); b.实现主功率二极管D1的零电流关断; c.辅助开关管Qa零电流开通、零电压关断;Ca对Qa的关断起缓冲作用。 |
