非隔离光伏并网逆变器及其控制技术

本书以光伏并网逆变器为对象，结合作者自身的研究和工作经验，对并网逆变器的漏电流抑制技术及高电能质量电流控制技术进行了系统深入的介绍，包括：漏电流抑制技术、进网滤波器设计、直流侧控制技术、进网电流控制技术以及锁相环技术等。此外，深入讨论了实际应用场合中并网逆变器存在的各种非理想因素（包括死区、功率管开通关断延时和导通压降、逆变器桥臂不对称、电网电压谐波、电网阻抗以及电网电压不平衡等）对电能质量与系统可靠性的不利影响及抑制策略。

第1章 绪论 1

1.1 光伏发电 1

1.2 光伏并网发电系统 2

1.2.1 集中式 3

1.2.2 串式和多串式 3

1.2.3 交流模块式 3

1.3 光伏并网逆变器 4

1.3.1 工频隔离型 4

1.3.2 高频隔离型 4

1.3.3 非隔离型 5

1.4 非隔离光伏并网逆变器关键技术 6

1.4.1 漏电流抑制技术 6

1.4.2 入网滤波器 7

1.4.3 直流侧控制技术 8

1.4.4 进网电流控制技术 10

1.4.5 锁相环技术 12

1.4.6 非理想电网的影响 13

1.5 本书的主要内容 14

第2章 光伏并网逆变器的漏电流抑制技术 16

2.1 概述 16

2.2 桥式逆变拓扑漏电流系统化分析模型 17

2.3 漏电流抑制途径 21

2.4 常见单相桥式逆变拓扑漏电流抑制机理分析 22

2.4.1 采用抑制途径A的桥类逆变拓扑 22

2.4.2 采用抑制途径B的桥类逆变拓扑 31

2.4.3 采用抑制途径C的桥类逆变拓扑 35

2.4.4 常见单相桥式逆变拓扑小结 42

2.5 单相非隔离桥式逆变拓扑的构造 42

2.5.1 改进型H5拓扑 43

2.5.2 改进型Heric拓扑 44

2.5.3 H5变化拓扑1的改进 44

2.6 三相并网逆变器的漏电流抑制 45

2.6.1 采用抑制途径A的拓扑 45

2.6.2 采用抑制途径B的拓扑 46

2.7 本章小结 48

第3章 光伏并网逆变器的入网滤波器 49

3.1 概述 49

3.2 L滤波器及参数设计 49

3.2.1 L滤波器结构 49

3.2.2 设计依据 50

3.2.3 设计实例 51

3.3 LCL滤波器及参数设计 52

3.3.1 LCL滤波器结构 52

3.3.2 设计依据 53

3.3.3 设计实例 55

3.4 LLCL滤波器及参数设计 63

3.4.1 LLCL滤波器结构 63

3.4.2 设计依据 64

3.4.3 设计实例 65

3.5 本章小结 68

第4章 光伏并网逆变器的直流侧控制技术 69

4.1 概述 69

4.2 最大功率点跟踪（MPPT）控制 69

4.2.1 恒定电压法 70

4.2.2 电导增量法 71

4.2.3 扰动观察法 73

4.3 NPC半桥逆变器直流侧电容电压均衡控制 74

4.3.1 NPC半桥逆变器等效电路 74

4.3.2 电容电压自平衡机理 77

4.3.3 闭环控制对电容电压均衡的影响 86

4.3.4 电容电压均衡控制 89

4.3.5 半桥并网逆变器均压控制策略 93

4.4 本章小结 94

第5章 光伏并网逆变器的电流控制技术 96

5.1 概述 96

5.2 单L滤波并网逆变器的电流控制技术 96

5.2.1 电流控制的稳定性 97

5.2.2 基波电流跟踪 99

5.2.3 进网电流谐波失真的原因 101

5.2.4 进网电流低频谐波抑制 106

5.2.5 典型的三相L滤波并网逆变器电流控制 108

5.3 LCL滤波并网逆变器的谐振现象 110

5.3.1 LCL滤波器固有谐振 110

5.3.2 单进网电流闭环控制 111

5.3.3 单逆变器侧电流闭环控制 113

5.4 LCL滤波并网逆变器的无源阻尼技术 115

5.5 LCL滤波并网逆变器的有源阻尼技术 117

5.5.1 有源阻尼控制机制 117

5.5.2 基于附加单变量反馈的有源阻尼 118

5.5.3 前向通路附加数字滤波器的有源阻尼 127

5.6 LCL滤波并网逆变器的多变量反馈控制技术 128

5.6.1 基于零点配置的控制技术 129

5.6.2 基于极点配置的控制技术 140

5.7 LCL滤波并网逆变器的低频谐波电流抑制技术 144

5.7.1 低频谐波的抑制方案 144

5.7.2 谐波抑制的分析模型 145

5.7.3 电网电压谐波的影响 146

5.7.4 逆变器桥臂输出电压扰动的影响 148

5.8 本章小结 150

第6章 光伏并网逆变器的锁相技术 151

6.1 概述 151

6.2 电网电压过零点检测法 152

6.3 数字锁相环技术 152

6.3.1 三相数字锁相环 153

6.3.2 单相数字锁相环 158

6.4 不平衡电网下的数字锁相环 162

6.5 本章小结 167

参考文献 168 2100433B

单功率级Z源逆变器因其结构简单、输出波形畸变小等优点，非常适用于光伏发电等输入电压变化范围较大的场合。但是，现有的Z源并网逆变器需要采用额外的工频变压器进行电气隔离，从而增加了系统的成本、体积、重量并降低了系统的效率。因此，研究非隔离型Z源光伏并网逆变器具有重要的理论和实际应用价值。.申请者拟从抑制共模电流和直流分量的关键技术入手，提出一簇新型的非隔离型Z源光伏并网逆变器拓扑结构和相应的调制策略。完善系统控制策略，实现直流侧与交流侧的解耦控制和升降压工作模态的柔性切换, 保证系统的稳定运行。在此基础上,研究Z源网络参数、功率器件的开关换流过程、电流纹波和并网电流的THD对逆变器效率的影响，从而得到提高系统效率的有效控制方法。本项目的研究成果将为低成本、高效率、高可靠性的Z源光伏并网逆变系统的广泛应用奠定基础，也为非隔离型光伏并网逆变系统的设计提供技术支持和理论指导。

单功率级Z源逆变器因其结构简单、输出波形畸变小等优点，非常适用于光伏发电等输入电压变化范围较大的场合。但是，现有的Z源并网逆变器需要采用额外的工频变压器进行电气隔离，从而增加了系统的成本、体积、重量并降低了系统的效率。因此，研究非隔离型Z源光伏并网逆变器具有重要的理论和实际应用价值。 申请者拟从抑制共模电流和直流分量的关键技术入手，提出新型非隔离型Z源光伏并网逆变器拓扑结构和相应的调制策略,并分析了开关管结电容对共模电压的影响。研究Z源网络参数、功率器件的开关换流过程，对比分析单相非隔离型Z源逆变器与传统Z源逆变器在开关应力和系统损耗两方面的差异。提出一种新的控制算法来抑制直流分量的输出，使用两个补偿环节分别抑制由于调制脉宽不对称和并网电流检测误差导致的直流分量。在传统Y源逆变器的基础上增加了一个电感和一个电容，提出一种新型Y源逆变器拓扑结构。改进Y源逆变器不仅解决了传统Y源逆变器输入电流不连续的问题，而且减小漏感对逆变系统的影响，电压升压比进一步提高，同时各元件的电压应力与传统Y源逆变器一致。 逆变器运行包括孤岛和并网两种模式，二者的无缝切换是保证负载持续不间断供电、改善电能质量、提高供电灵活性和可靠性的关键，具有重要的研究意义。针对低压电力线的阻抗的特点，采用适用于阻性情况下的下垂方程，保证有功功率和无功功率能够进行充分的解耦控制。提出了光伏逆变器电压型并网控制策略，在阻性下垂控制的基础上增加了功率环或直流母线电压环，解决了电压控制型逆变器并网功率易受电网波动影响等问题，增强了光伏逆变器对功率的控制能力，满足了始终以最大有功功率并网和维持直流母线电压稳定的要求。提出了模式切换控制策略，基于下垂理论实现了预同步功能，保证了切换过程的平滑过渡。 本项目的研究成果将为低成本、高效率、高可靠性的Z源光伏并网逆变系统的广泛应用奠定基础，也为非隔离型光伏并网逆变系统的设计提供技术支持和理论指导。同时，研究成果能够有效提高能源利用率，提高负载供电可靠性，保证了切换过程的平滑无冲击，为微网实际工程做好控制方面的理论和技术储备。 2100433B

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