高性能非隔离并网逆变器控制策略分析.docx

本文研究工作得到国家自然科学基金(51077070 高性能非隔离光伏并网逆变器关键技术研究)和江苏省科技支撑计划(BE2010188 应用于新能源并网发电的高性能大功率并网逆变器)的资助。
承诺书
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摘 要
太阳能因其储量丰富、无噪声、无污染等优势而被公认为最理想的可再生、绿色环保能源。光伏并网发电相对于独立应用具有成本低以及免维护等优势,然而,其带来的电能质量恶化以及安全、可靠性问题仍有待改善。并网逆变器作为光伏系统向大电网输送能量的必要通道,对系统的发电成本、效率、电能质量以及安全、可靠性等方面起着至关重要的作用。由于不含变压器,非隔离型并网逆变器因在效率、体积、重量和成本等方面具有优势而得到广泛的关注。
共模电流抑制是非隔离型光伏并网逆变器需要解决的首要问题。文中给出了桥类逆变拓扑的共模回路统一等效模型,对现有常用桥类逆变拓扑按漏电流抑制机理进行了详细分析和归类。对 H5 拓扑,Heric 拓扑以及一种 H6 结构拓扑的结构及调制策略进行了改进,改进后的拓扑不仅继承了原拓扑高效率的优点,漏电流抑制效果得以提高,而且可以实现非单位功率因数运行。
本文重点研究了并网逆变器的控制策略。分析了基于电容电流比例反馈的有源阻尼控制及电网电压前馈补偿方案,给出了一套 LCL 滤波器参数设计方法。根据该方法设计的 LCL 滤波器在保证体积、重量、成本和效率优势的同时,能有效地滤除进网电流中的高频纹波,并且具备优良的抑制电网背景谐波的能力。对进网电流低次谐波产生的原因进行了分析,包括为防止桥臂直通而加入的死区时间,功率器件的开关时间和导通压降以及电网背景谐波。针对进网电流中的低次谐波采取特定频率次谐振控制进行抑制。研究了电网阻抗对系统性能的影响,提出了一种基于阻抗测量的自适应进网电流控制策略。通过引入一个进网电流负反馈环路以抵消由电网前馈引入的正反馈环路中感性分量的影响,并根据不同的阻抗值对电流调节器的参数进行调整以保证在不同电网阻抗值情况下系统都具备足够的带宽和相位裕度。最后,给出了基于谐波注入的阻抗测量方案和基于该阻抗测量方案的孤岛检测方案。仿真和实验很好地验证了非隔离逆变器及其电流控制策略的正确性和有效性。
关键词:并网逆变器,控制策略,漏电流,oH5 拓扑,LCL 滤波器,死区效应,电网阻抗,适应性控制
ABSTRACT
Solar energy has been recognized as the most ideal renewable energy because it is rich and basically no pollution. To reduce costs, Photovoltaic (PV) power supplied to the grid is gaining more and more attenttion. But the power quality deterioration as well as safety and reliability caused by the connection between the PV panels and grid are still remained to be improved. As the transmission path between PV panels and grid, the performance and efficiency of grid-connected inverters are important to the power generation system. And the transformerless grid-connected inverters e first choice because they are characterized with higher efficiency, lower bulk, weight and costs, etc.
First of all, the leakage current of transformerless PV grid-connect inverter needs to be eliminated. Accordi