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《北京交通大学》 2011年
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无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究

马琳  
【摘要】:近二十年来,光伏并网技术得到了快速发展,各种不同类型和功率等级的光伏系统相继得以应用。由于光伏发电组件的价格昂贵,在光伏并网系统设计时,要求并网逆变装置应尽可能地提高并网环节的效率、同时减小并网设备的体积和重量。而传统并网逆变器为了保证并网系统的安全运行,一般采用变压器进行电隔离,但变压器的引入会使系统效率降低,体积和重量增加。因此,近年来多种新型的无变压器光伏并网逆变器拓扑相继提出。与传统光伏并网逆变器相比,新型逆变器具有更高的效率,更小的体积和重量。但是无变压器拓扑也存在其自身的缺点,即无变压器系统的共模漏电流会对人身安全造成潜在危险。如何可靠抑制无变压器结构中的共模漏电流成为了一个研究难点,对于共模漏电流产生原因、影响因素和漏电流大小的分析和计算方法还没有人系统地进行过分析和说明。 本文首次采用基尔霍夫定律在时域和复频域下对光伏系统漏电流产生原理进行了系统分析,提出了一套光伏系统共模漏电流分析和计算方法,为如何可靠抑制共模漏电流奠定了理论基础。随后,通过仿真和实验分析和比较了多种现有的新型无变压器结构光伏并网逆变器的共模漏电流,同时对于这些拓扑首次利用PLECS功率仿真模块仿真并通过实验,给出了新型拓扑的器件损耗分布图及效率比较图。在损耗分布图绘制过程中,作者发现当采用Active NPC拓扑时,如果采用不同的PWM策略,器件的开关损耗分布也会随之改变,基于此作者在第五章中提出了“功率损耗分布可调”的PWM调制方法,可使Active NPC拓扑的器件损耗分布均衡,克服了传统NPC拓扑器件损耗分布不均的缺点。 另外,在作者前期工作中,发现在单相并网逆变器并网电流控制中,当采用比例积分(PI)控制时,电流无法无误差地追踪正弦电流指令,实际电流值与指令值之间具有一定的相位误差。在论文并网控制部分中,作者通过使用一种新型比例谐振控制器(PR)实现了对单相逆变器并网电流的无误差控制。随后作者又成功地将PR控制器应用到三相静止坐标系电流控制中,为了进一步提高三相并网逆变器的响应速度,作者在原有控制方法的基础上,提出了一种带有比例系数的正序网压前馈控制方法,其良好的动态响应特性和控制特性得到了仿真及实验的验证。 综上,本篇论文在原理分析,拓扑研究,并网控制三个方面提出了自己新的观点,均得到了仿真及实验的验证。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM464

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