Emerson FX-208工作模式分析

    根據(jù)變壓器的磁通是否連續(xù)，可將反激變換器的工作模式分為電感電流連續(xù)模式（CCM）、DCM及BCM 3種。Emerson FX-208模式下反激逆變器相對穩(wěn)定性較差，需要妥善處理。目前主流的反激逆變器以DCM及BCM為主，但由于在BCM模式下，需要采用變頻控制，計(jì)算和控制都較為復(fù)雜，因此這里采用DCM。相對BCM及CCM，DCM的優(yōu)點(diǎn)是恒頻工作，控制簡單，且消除了次級二極管反向恢復(fù)問題；缺點(diǎn)是相比CCM此時勵磁電感較小，器件峰值電流應(yīng)力較大。

    為確保變換器工作在DCM，需其初級電感Lp即勵磁電感小于臨界連續(xù)電感值。定義工頻周期T_grid是高頻開關(guān)周期的2k倍，定義d_p為zui大占空比，由于輸入電流大小和占空比成正比，因此每個開關(guān)周期的占空比也是正弦脈絡(luò)d_psin(iπ/k)，則變壓器原邊電流i_dc的平均值為：
                                                                       

化簡得

將P_in=U_dc*I_dc,avg帶入上式可得變壓器原邊電感：

3 Emerson FX-208控制系統(tǒng)

3.1控制框圖

    準(zhǔn)單級式微逆變器需同時完成MPPT、鎖相、孤島檢測和入網(wǎng)電流控制^[5][6]。如圖2所示，通過MPPT計(jì)算提供得到的并網(wǎng)電流的基準(zhǔn)幅值I_o大小，從而確保光伏組件以zui大功率向電網(wǎng)傳輸能量。鎖相提供并網(wǎng)電流的相位信息，確保入網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。孤島檢測是并網(wǎng)逆變器所必須具備的功能，Emerson FX-208在電網(wǎng)異常情況下關(guān)閉逆變器，確保人員和設(shè)備的安全。入網(wǎng)電流控制是并網(wǎng)逆變器的核心控制部分，這里通過采樣輸出電流閉環(huán)控制，確保了高質(zhì)量的并網(wǎng)電流（理論上在DCM下，開環(huán)控制即可實(shí)現(xiàn)電流源并網(wǎng)，但其并網(wǎng)電流總諧波含量相對較高）。

圖2 Emerson FX-208控制系統(tǒng)

  3.2準(zhǔn)單級式系統(tǒng)MPPT及直流母線電壓控制

    MPPT是通過相應(yīng)的算法，不斷調(diào)整并網(wǎng)電流基準(zhǔn)，調(diào)整逆變器輸出功率，從而調(diào)節(jié)光伏組件的輸出功率，使得光伏組件輸出功率zui大。

    擾動觀察法原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，是Emerson FX-208算法中zui常用的方法之一。其算法原理是當(dāng)前次的輸出功率與前一次的輸出功率作比較，假設(shè)P(k+1)>P(k)，那么將光伏輸出電壓基準(zhǔn)繼續(xù)向著這一次變化的相同的方向進(jìn)行擾動；反之，若輸出功率變小，則在下個周期改變擾動的方向，如此進(jìn)行反復(fù)擾動、比較直至光伏系統(tǒng)輸出功率達(dá)到zui大。算法流程如圖3所示。擾動觀察法步長的大小決定了算法跟蹤的速度和系統(tǒng)在zui高處附近來回振蕩的幅度，因此，本文采取一種變步長的擾動觀察法^[7]，具體方式當(dāng)功率較每小時，擾動值C取值加大；當(dāng)功率較大后，適當(dāng)減小擾動值C的取值。

圖3擾動觀察法算法流程

    在準(zhǔn)單級并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中，Emerson FX-208單純的MPPT 環(huán)無法保證很好的動態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)生外界條件突變或者程序誤判斷時，直流母線電壓會劇烈震蕩甚至奔潰。如圖3所示，在原有的控制基礎(chǔ)上加一個輸入電壓環(huán)，防止在MPPT 誤判斷時直流母線電壓的劇烈震蕩，可以有效防止母線電壓的崩潰，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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