光伏逆变器地电流分析与抑制

【摘要】：随着世界经济对能源需求的增长,太阳能作为一种可再生能源,日益得到世界各国的关注。光伏发电是太阳能利用的一种重要形式,逆变器作为光伏并网发电系统的关键部件,如何降低成本,提高变换器效率,提高系统的安全性和可靠性,都有着及其重要的意义。本文主要研究了地电流的分析和抑制,以及三相光伏并网逆变器的效率。 本文首先介绍了光伏电池的结构、原理、工作特性,光伏并网逆变器的分类,地电流的成因及危害,综述了现阶段地电流抑制的几种主要方法。 为了分析非隔离光伏逆变拓扑的地电流,需要了解光伏寄生电容的容值和等效模型。本文分析了光伏电池和光伏阵列的结构,给出了考虑光伏寄生电容的光伏阵列传输线模型,分析了等效模型的频率特性,最后给出了测量结果。 针对非隔离单相全桥逆变器,本文利用直流母线电容分流来减小地电流,分析了不同调制下地电流的抑制效果。分析了几种常见的单级结构三相非隔离光伏并网逆变系统的地电流大小,包括传统三相逆变器、三相半桥逆变器(3HB-SC)、三相中点箝位逆变器(3xNPC)、带中点平衡桥臂两电平逆变器和三相四桥臂逆变器,建立了地电流的解析计算方法,给出了各种拓扑的共模简化模型及地电流的傅立叶表达式,以及参数变化对地电流的影响。分析了两级结构中,不同前级升压拓扑以及调制方式对地电流的影响。给出了仿真和实验结果予以验证。 本文将有源共模噪声抑制器(ACC)引入非隔离光伏并网逆变系统,以抑制地电流。建立了有源地电流抑制电路的损耗模型,分析了参数及电路工作条件变化对损耗的影响。提出了如何优化有源地电流抑制电路的设计以尽量减小其损耗对系统效率的影响。最后给出了实验验证。 本文讨论了如何优化三相光伏并网逆变器的效率,详细分析了单级非隔离结构的两电平、三电平光伏逆变拓扑,以及两级结构的高频隔离、非隔离逆变拓扑的效率。重点分析了带两电平boost变换器的三相光伏逆变器的效率问题,讨论了直流母线和交错并联重数变化对效率产生的影响,最后给出了仿真验证。 【关键词】：光伏逆变器 非隔离 地电流 频谱分析 有源地电流抑制 效率
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-34
• 1.1 研究背景11
• 1.2 光伏电池特性11-14
• 1.2.1 光伏电池结构及原理12
• 1.2.2 光伏电池工作特性12-14
• 1.3 光伏并网逆变器分类14-16
• 1.3.1 隔离拓扑与非隔离拓扑14-15
• 1.3.2 单级结构与两级结构15-16
• 1.4 地电流抑制技术研究现状16-32
• 1.4.1 地电流成因及其危害16-17
• 1.4.2 地电流的抑制方法17-32
• 1.5 研究意义32-33
• 1.6 本文研究的主要内容33-34
• 第2章 光伏阵列模型34-44
• 2.1 光伏阵列结构34-36
• 2.2 光伏寄生电容模型36-41
• 2.3 实验验证41-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第3章 非隔离拓扑地电流分析44-88
• 3.1 不同逆变拓扑对地电流的影响44-76
• 3.1.1 全桥单相逆变器44-55
• 3.1.2 三相逆变器55-66
• 3.1.3 3HB-SC66-68
• 3.1.4 3xNPC68-71
• 3.1.5 带中点平衡桥臂两电平逆变器71-73
• 3.1.6 三相四桥臂逆变器73-76
• 3.2 不同前级拓扑对地电流的影响76-80
• 3.2.1 两电平Boost变换器76-77
• 3.2.2 三电平Boost变换器77-80
• 3.3 实验结果80-86
• 3.3.1 全桥逆变器80-84
• 3.3.2 三相逆变器84-86
• 3.4 本章小结86-88
• 第4章 有源地电流抑制优化设计88-101
• 4.1 三相逆变器的有源共模抑制88-94
• 4.1.1 工作原理88-90
• 4.1.2 损耗分析及器件选择90-91
• 4.1.3 匝比的影响91-92
• 4.1.4 副边匝数的影响92-93
• 4.1.5 光照强度变化的影响93-94
• 4.2 单相逆变器的有源共模抑制94-99
• 4.2.1 调制模式分析94-96
• 4.2.2 损耗分析及优化96-99
• 4.3 实验结果99-100
• 4.4 本章小结100-101
• 第5章 光伏逆变器效率分析101-114
• 5.1 单级结构拓扑效率分析101-103
• 5.2 两级结构拓扑效率分析103-112
• 5.2.1 前级DC/DC拓扑103-108
• 5.2.2 直流母线电压的影响108-111
• 5.2.3 交错并联重数的影响111-112
• 5.3 仿真验证112-113
• 5.4 本章小结113-114
• 第6章 总结展望114-115
• 附录A115-120
• A.1 三相逆变器(SPWM模式)115-116
• A.2 三相逆变器(SVM模式)116-117
• A.3 AZSPWM1117-118
• A.4 3xNPC118-120
• 附录B120-131
• B.1 两电平逆变器120-121
• B.2 三电平逆变器121-122
• B.3 全桥硬开关PWM变换器122-123
• B.4 移相控制全桥软开关PWM变换器123-124
• B.5 三相硬开关变换器124-126
• B.6 硬开关双管正激变换器126-127
• B.7 软开关双管正激变换器127-129
• B.8 两电平BOOST变换器129-131
• 参考文献131-136
• 论文及专利136

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