高效率非隔离型光伏并网逆变器研究

【摘要】：太阳能作为资源丰富、分布广泛的一种清洁能源，是目前新能源发展的主要方向之一。目前光伏发电主要为并网应用。应用单极性SPWM调制策略的单级式非隔离并网逆变器由于诸多优点成为高效率光伏并网逆变器的首选。非隔离带来的漏电流问题是光伏并网逆变器研究的热点问题。研究高效率低漏电流的非隔离型并网逆变器极具研究意义和实用价值。 课题组基于H5专利拓扑提出一种新的拓扑方案，简称oH5。新拓扑更改了漏电流的抑制途径，理论上完全消除了高频漏电流；同时拓扑的变化引起器件应力发生变化，减小了器件损耗，进一步提高了变换器效率。采用一种改进的单极性SPWM调制策略，实现了进网电流功率因数可调，且引入无功回路的同时并不影响变换器单位功率因数工作时的效率。 逆变器采用LCL滤波器并网。结合理论计算与工程经验给出了LCL参数的设计准则及详细流程。为了在消除LCL滤波器带来的谐振问题的同时不影响变换器的效率，本文采用有源阻尼方案。提出了一种四极点配置的进网电流控制策略，通过配置谐振频率处的共轭极点阻尼系数实现了有源阻尼，同时配置基波频率处共轭极点为准谐振形式实现基波频率开环高增益。 对一种高精度的锁相环方案以及基于该锁相环的无盲区孤岛检测策略进行了深入研究。分析了一种基于电导增量法的太阳能电池最大功率点跟踪方案。在此基础上，设计了一台非隔离光伏并网逆变器。仿真和实验结果共同验证了拓扑原理及控制技术理论研究的正确性。 【关键词】：光伏逆变器 非隔离 电路拓扑 控制策略 漏电流 oH5拓扑 LCL滤波器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题背景13-14
• 1.2 全桥型拓扑漏电流分析模型14-16
• 1.3 高效率低漏电流常见拓扑介绍16-21
• 1.4 本文的主要研究内容21-22
• 第二章 应用于光伏并网的改进型 H5 逆变器22-36
• 2.1 改进型 H5 逆变器工作原理22-26
• 2.1.1 进网电流单位功率因数时电路工作模态23-25
• 2.1.2 进网电流非单位功率因数时电路工作模态25-26
• 2.2 电路参数计算26-31
• 2.2.1 LCL 滤波器参数设计26-29
• 2.2.2 器件应力计算29-31
• 2.3 损耗分析31-34
• 2.4 电路开环仿真34-36
• 第三章 oH5 逆变器并网控制方案研究36-55
• 3.1 控制要求与控制框图36-37
• 3.2 系统进网电流四极点配置方案37-41
• 3.2.1 四极点配置方案设计37-39
• 3.2.2 电流环控制参数设计39-40
• 3.2.3 电网电压前馈设计40-41
• 3.3 锁相环及孤岛检测方案设计41-48
• 3.3.1 锁相环方案设计41-46
• 3.3.2 孤岛检测方案设计46-48
• 3.4 太阳能电池板最大功率点跟踪(MPPT)方案设计48-50
• 3.5 并网控制方案仿真50-55
• 3.5.1 进网电流控制方案仿真50-52
• 3.5.2 锁相环与孤岛检测方案仿真52-53
• 3.5.3 电池板最大功率点跟踪(MPPT)方案仿真53-55
• 第四章 5kW 非隔离光伏并网逆变器设计55-69
• 4.1 主功率电路设计55-61
• 4.1.1 功率器件选取55-57
• 4.1.2 电感设计57-60
• 4.1.3 其它参数设计60-61
• 4.2 控制电路设计61-64
• 4.2.1 调理电路设计61-62
• 4.2.2 驱动电路设计62-63
• 4.2.3 辅助电源设计63-64
• 4.2.4 硬件系统框图64
• 4.3 软件程序设计64-65
• 4.4 实验与数据分析65-69
• 4.4.1 逆变器工作波形65-68
• 4.4.2 变换器效率分析68-69
• 第五章 总结与展望69-70
• 5.1 全文工作总结69
• 5.2 工作展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 在学期间发表的学术论文75

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