岳 艳，王志鹏

（1.大盛微电科技股份有限公司 河南 许昌 461000；2.许继电气股份有限公司 河南 许昌 461000）

根据直流侧滤波结构的形式，逆变器可分为电压源和电流源两种类型。电压源型逆变器直流端并联大电解电容，它既能抑制直流电压纹波，减小直流电源内阻，使直流侧近似为恒压源，也能为来自交流侧无功电流的流传提供通路；电流源型逆变器直流侧串联一个大电感，来抑制直流电流的纹波，使直流侧近似为恒流源，但是大电感的存在将导致系统的动态响应变差。目前，光伏并网逆变器大部分采用电压源型逆变器。

大多数电压源型光伏并网逆变器[1-6]没有输入反接保护功能，当极性接反时，会导致电解电容损坏，甚至爆浆，还有可能造成逆变电路元件的损坏，造成不可估量的经济损失。有的电压源型光伏并网逆变器采用直接串联二极管的方式进行反接保护，虽然此方法简单可靠，但是二极管的正向导通压降比较大，不仅使逆变效率降低，而且电流越大发热越严重，需要加装散热片也就越大，从而占用更多的系统空间，导致系统体积变大。针对上述缺憾，本文设计一种光伏并网逆变器的输入反接保护电路，在不降低逆变效率的前提下，实现防反接控制，并能反接告警。

1 电路原理

图1所示，辅助电源由光伏电池经整流桥Z1供电，无论光伏电池是否接反，辅助电源都能正常工作，为采样电路和控制电路提供电源，保证系统的正常运行。继电器J1的常开开关K1串联在光伏电池与电解电容C1之间，防反二极管D1与限流电阻R1串联后与继电器J1的常开开关K1并联。控制电路通过电压采样电路对电解电容C1两端的电压进行实时采样，通过判断电解电容C1两端的电压变化，控制电路控制继电器J1是否闭合开关K1。

光伏电池连接后，当光伏电池的电压满足辅助电源的工作电压时，辅助电源为采样电路和控制电路提供电源。如果检测到电解电容C1两端的电压始终为零，说明光伏电池接反，不能进行逆变控制，驱动告警电路提示光伏电池接反，以便及时纠正错误连接。尽管光伏电池输入极性接反，由于防反二极管D1的反向漏电流只有数十微安大小，不会对电解电容C1造成损坏，起到反向隔离作用。

光伏电池正确连接后，通过防反二极管D1和限流电阻R1，对电解电容C1充电。电阻R1起到限流作用，在电解电容C1的充电过程中对充电电流加以限制。然而，如果去掉限流电阻R1，由于电解电容C1存在等效串联电阻ESR，在电解电容C1充电期间，ESR上将产生CU2的损耗（其中C为电解

电容C1容值，U为光伏电池的输入电压），这样会造成电解电

本设计光伏并网逆变器的输入反接保护电路原理图如容C1发热，并且有非常大的峰值电流。在串入限流电阻R1后，电解电容C1充电时的损耗

CU2绝大部分将消耗在电阻R1上，电流峰值也会被限制在以内。限流电阻R1起到了两方面的作用，一方面可防止冲击电流对电解电容C1造成的损害，另一方面能使防反二极管D1选择额定电流较小的型号，可减小体积和削减成本。

随着对电解电容C1的充电，其两端电压达到稳态时，此时光伏并网逆变器在空载状态下将产生稳定的功率损耗P。设此时电压采样电路检测得到电解电容C1两端电压为U1，则可得出在防反二极管D1和限流电阻R1所组成的串联电路上产生的压降ΔU，ΔU根据下式得到：

上式中，R1为限流电阻R1的阻值，UD1为防反二极管D1的导通压降。

此时，由控制电路控制继电器J1的常开开关K1闭合，电压采样电路再次测得电解电容C1两端的电压为U2。在继电器J1的常开开关K1闭合前后电解电容C1两端的电压变化为ΔU′=U2-U1，考虑到在不同情况下系统功耗有所差别以及采样方面存在的误差，ΔU′应在（ΔU-ε）～（ΔU+ε）之间，其中 ε 为误差修正值。如果 ΔU′在此范围之间，则认为继电器J1的常开开关K1可靠闭合，逆变器可进行逆变控制，否则，逆变器不工作。这样可以防止由于继电器J1的常开开关K1不可靠闭合而导致逆变器不可靠运行。对于电解电容C1两端的电压是否已达到稳态，可以通过以下两种方法来判断：1）判断电压采样电路测得的电解电容C1两端的电压变化是否小于一个预设阈值，如果小于预设阈值，则认为电解电容C1两端的电压已达到稳态，如果大于预设阈值，则说明电解电容C1两端的电压未达到稳态；2）判断电解电容C1两端的电压是否在光伏并网逆变器上电后过一段预设时间达到稳态，该预设时间可以通过实验来确定。

图1 电路原理图Fig.1 diagram of circuit

2 控制算法

并网逆变器的控制流程图如图2所示。

图2 并网控制流程图Fig.2 Flow chart of grid-connected control

当光伏电池连接后，辅助电源启动，系统正常运行。首先采样电解电容C1两端的母线电压U1，如果U1＜0，说明光伏电池接反，则驱动告警电路提示正确连接；如果U1＞0，说明光伏电池连接正确，则驱动继电器J1使常开开关K1闭合。然后再次采样电解电容C1两端的母线电压U2，可计算出继电器J1的常开开关K1闭合前后母线电压的变化ΔU′=U2-U1，如果 ΔU′不在（ΔU-ε）～（ΔU+ε）之间，说明开关 K1 没有可靠闭合，驱动告警电路提示有故障。 如果 ΔU′在（ΔU-ε）～（ΔU+ε）之间，则不断采样交流电网的电压和频率，进行锁频锁相，当满足并网条件时，开始逆变控制。

3 结 论

传统的单纯二极管反接保护电路，电流越大损耗越大，多则可达几瓦，发热严重。本设计的光伏并网逆变器输入反接保护电路，损耗与电流无关，只与继电器的额定功耗有关，通常只有几百毫瓦左右。经试验证明，该反接保护电路安全可靠，损耗小，且具有反接告警功能。

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