單功率級(jí)Z源逆變器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出波形畸變小等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于光伏發(fā)電等輸入電壓變化范圍較大的場(chǎng)合。但是，現(xiàn)有的Z源并網(wǎng)逆變器需要采用額外的工頻變壓器進(jìn)行電氣隔離，從而增加了系統(tǒng)的成本、體積、重量并降低了系統(tǒng)的效率。因此，研究非隔離型Z源光伏并網(wǎng)逆變器具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 申請(qǐng)者擬從抑制共模電流和直流分量的關(guān)鍵技術(shù)入手，提出新型非隔離型Z源光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的調(diào)制策略,并分析了開關(guān)管結(jié)電容對(duì)共模電壓的影響。研究Z源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、功率器件的開關(guān)換流過程，對(duì)比分析單相非隔離型Z源逆變器與傳統(tǒng)Z源逆變器在開關(guān)應(yīng)力和系統(tǒng)損耗兩方面的差異。提出一種新的控制算法來(lái)抑制直流分量的輸出，使用兩個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)分別抑制由于調(diào)制脈寬不對(duì)稱和并網(wǎng)電流檢測(cè)誤差導(dǎo)致的直流分量。在傳統(tǒng)Y源逆變器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)電感和一個(gè)電容，提出一種新型Y源逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。改進(jìn)Y源逆變器不僅解決了傳統(tǒng)Y源逆變器輸入電流不連續(xù)的問題，而且減小漏感對(duì)逆變系統(tǒng)的影響，電壓升壓比進(jìn)一步提高，同時(shí)各元件的電壓應(yīng)力與傳統(tǒng)Y源逆變器一致。 逆變器運(yùn)行包括孤島和并網(wǎng)兩種模式，二者的無(wú)縫切換是保證負(fù)載持續(xù)不間斷供電、改善電能質(zhì)量、提高供電靈活性和可靠性的關(guān)鍵，具有重要的研究意義。針對(duì)低壓電力線的阻抗的特點(diǎn)，采用適用于阻性情況下的下垂方程，保證有功功率和無(wú)功功率能夠進(jìn)行充分的解耦控制。提出了光伏逆變器電壓型并網(wǎng)控制策略，在阻性下垂控制的基礎(chǔ)上增加了功率環(huán)或直流母線電壓環(huán)，解決了電壓控制型逆變器并網(wǎng)功率易受電網(wǎng)波動(dòng)影響等問題，增強(qiáng)了光伏逆變器對(duì)功率的控制能力，滿足了始終以最大有功功率并網(wǎng)和維持直流母線電壓穩(wěn)定的要求。提出了模式切換控制策略，基于下垂理論實(shí)現(xiàn)了預(yù)同步功能，保證了切換過程的平滑過渡。 本項(xiàng)目的研究成果將為低成本、高效率、高可靠性的Z源光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，也為非隔離型光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。同時(shí)，研究成果能夠有效提高能源利用率，提高負(fù)載供電可靠性，保證了切換過程的平滑無(wú)沖擊，為微網(wǎng)實(shí)際工程做好控制方面的理論和技術(shù)儲(chǔ)備。 2100433B

單功率級(jí)Z源逆變器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出波形畸變小等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于光伏發(fā)電等輸入電壓變化范圍較大的場(chǎng)合。但是，現(xiàn)有的Z源并網(wǎng)逆變器需要采用額外的工頻變壓器進(jìn)行電氣隔離，從而增加了系統(tǒng)的成本、體積、重量并降低了系統(tǒng)的效率。因此，研究非隔離型Z源光伏并網(wǎng)逆變器具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。.申請(qǐng)者擬從抑制共模電流和直流分量的關(guān)鍵技術(shù)入手，提出一簇新型的非隔離型Z源光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的調(diào)制策略。完善系統(tǒng)控制策略，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)與交流側(cè)的解耦控制和升降壓工作模態(tài)的柔性切換, 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上,研究Z源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、功率器件的開關(guān)換流過程、電流紋波和并網(wǎng)電流的THD對(duì)逆變器效率的影響，從而得到提高系統(tǒng)效率的有效控制方法。本項(xiàng)目的研究成果將為低成本、高效率、高可靠性的Z源光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，也為非隔離型光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。

第1章 緒論 1

1.1 光伏發(fā)電 1

1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 2

1.2.1 集中式 3

1.2.2 串式和多串式 3

1.2.3 交流模塊式 3

1.3 光伏并網(wǎng)逆變器 4

1.3.1 工頻隔離型 4

1.3.2 高頻隔離型 4

1.3.3 非隔離型 5

1.4 非隔離光伏并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù) 6

1.4.1 漏電流抑制技術(shù) 6

1.4.2 入網(wǎng)濾波器 7

1.4.3 直流側(cè)控制技術(shù) 8

1.4.4 進(jìn)網(wǎng)電流控制技術(shù) 10

1.4.5 鎖相環(huán)技術(shù) 12

1.4.6 非理想電網(wǎng)的影響 13

1.5 本書的主要內(nèi)容 14

第2章 光伏并網(wǎng)逆變器的漏電流抑制技術(shù) 16

2.1 概述 16

2.2 橋式逆變拓?fù)渎╇娏飨到y(tǒng)化分析模型 17

2.3 漏電流抑制途徑 21

2.4 常見單相橋式逆變拓?fù)渎╇娏饕种茩C(jī)理分析 22

2.4.1 采用抑制途徑A的橋類逆變拓?fù)?22

2.4.2 采用抑制途徑B的橋類逆變拓?fù)?31

2.4.3 采用抑制途徑C的橋類逆變拓?fù)?35

2.4.4 常見單相橋式逆變拓?fù)湫〗Y(jié) 42

2.5 單相非隔離橋式逆變拓?fù)涞臉?gòu)造 42

2.5.1 改進(jìn)型H5拓?fù)?43

2.5.2 改進(jìn)型Heric拓?fù)?44

2.5.3 H5變化拓?fù)?的改進(jìn) 44

2.6 三相并網(wǎng)逆變器的漏電流抑制 45

2.6.1 采用抑制途徑A的拓?fù)?45

2.6.2 采用抑制途徑B的拓?fù)?46

2.7 本章小結(jié) 48

第3章 光伏并網(wǎng)逆變器的入網(wǎng)濾波器 49

3.1 概述 49

3.2 L濾波器及參數(shù)設(shè)計(jì) 49

3.2.1 L濾波器結(jié)構(gòu) 49

3.2.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 50

3.2.3 設(shè)計(jì)實(shí)例 51

3.3 LCL濾波器及參數(shù)設(shè)計(jì) 52

3.3.1 LCL濾波器結(jié)構(gòu) 52

3.3.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 53

3.3.3 設(shè)計(jì)實(shí)例 55

3.4 LLCL濾波器及參數(shù)設(shè)計(jì) 63

3.4.1 LLCL濾波器結(jié)構(gòu) 63

3.4.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 64

3.4.3 設(shè)計(jì)實(shí)例 65

3.5 本章小結(jié) 68

第4章 光伏并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)控制技術(shù) 69

4.1 概述 69

4.2 最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制 69

4.2.1 恒定電壓法 70

4.2.2 電導(dǎo)增量法 71

4.2.3 擾動(dòng)觀察法 73

4.3 NPC半橋逆變器直流側(cè)電容電壓均衡控制 74

4.3.1 NPC半橋逆變器等效電路 74

4.3.2 電容電壓自平衡機(jī)理 77

4.3.3 閉環(huán)控制對(duì)電容電壓均衡的影響 86

4.3.4 電容電壓均衡控制 89

4.3.5 半橋并網(wǎng)逆變器均壓控制策略 93

4.4 本章小結(jié) 94

第5章 光伏并網(wǎng)逆變器的電流控制技術(shù) 96

5.1 概述 96

5.2 單L濾波并網(wǎng)逆變器的電流控制技術(shù) 96

5.2.1 電流控制的穩(wěn)定性 97

5.2.2 基波電流跟蹤 99

5.2.3 進(jìn)網(wǎng)電流諧波失真的原因 101

5.2.4 進(jìn)網(wǎng)電流低頻諧波抑制 106

5.2.5 典型的三相L濾波并網(wǎng)逆變器電流控制 108

5.3 LCL濾波并網(wǎng)逆變器的諧振現(xiàn)象 110

5.3.1 LCL濾波器固有諧振 110

5.3.2 單進(jìn)網(wǎng)電流閉環(huán)控制 111

5.3.3 單逆變器側(cè)電流閉環(huán)控制 113

5.4 LCL濾波并網(wǎng)逆變器的無(wú)源阻尼技術(shù) 115

5.5 LCL濾波并網(wǎng)逆變器的有源阻尼技術(shù) 117

5.5.1 有源阻尼控制機(jī)制 117

5.5.2 基于附加單變量反饋的有源阻尼 118

5.5.3 前向通路附加數(shù)字濾波器的有源阻尼 127

5.6 LCL濾波并網(wǎng)逆變器的多變量反饋控制技術(shù) 128

5.6.1 基于零點(diǎn)配置的控制技術(shù) 129

5.6.2 基于極點(diǎn)配置的控制技術(shù) 140

5.7 LCL濾波并網(wǎng)逆變器的低頻諧波電流抑制技術(shù) 144

5.7.1 低頻諧波的抑制方案 144

5.7.2 諧波抑制的分析模型 145

5.7.3 電網(wǎng)電壓諧波的影響 146

5.7.4 逆變器橋臂輸出電壓擾動(dòng)的影響 148

5.8 本章小結(jié) 150

第6章 光伏并網(wǎng)逆變器的鎖相技術(shù) 151

6.1 概述 151

6.2 電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)檢測(cè)法 152

6.3 數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù) 152

6.3.1 三相數(shù)字鎖相環(huán) 153

6.3.2 單相數(shù)字鎖相環(huán) 158

6.4 不平衡電網(wǎng)下的數(shù)字鎖相環(huán) 162

6.5 本章小結(jié) 167

參考文獻(xiàn) 168 2100433B

第1章 緒論

1．1 背景與意義

1．1．1 光伏發(fā)電的背景與意義

1．1．2 課題的意義

1．2 光伏并網(wǎng)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1．2．1 光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)

1．2．2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1．3 本書的主要研究?jī)?nèi)容

第2章 光伏并網(wǎng)發(fā)電功率控制結(jié)構(gòu)與原

2．1 典型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2．1．1 可調(diào)度與不可調(diào)度系統(tǒng)

2．1．2 隔離型與非隔離型系統(tǒng)

2．1．3 單級(jí)式、兩級(jí)式與多級(jí)式系統(tǒng)

2．1．4 典型系統(tǒng)性能比較

2．2 功率補(bǔ)償光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能分析

2．2．1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2．2．2 系統(tǒng)主要功能

2．3 具有有功、無(wú)功補(bǔ)償功能的雙向功率變換器結(jié)構(gòu)與原理分析

2．3．1 雙向DC／DC變換器

2．3．2 雙向PWM逆變器

2．4 本章小結(jié)

第3章 光伏電池特性與最大功率跟蹤控制

3．1 光伏電池特性分析

3．1．1 光伏電池運(yùn)行機(jī)理與數(shù)學(xué)模型

3．1．2 光伏組件的外特性模型

3．1．3 光伏組件的特性分析

3．2 最大功率跟蹤原理及其實(shí)現(xiàn)

3．2．1 最大功率跟蹤分析

3．2．2 最大功率跟蹤的實(shí)現(xiàn)方式

3．3 最大功率跟蹤的典型算法

3．3．1 恒電壓控制法

3．3．2 干擾觀測(cè)法

3．4 光伏發(fā)電最大功率跟蹤支持向量機(jī)控制

3．4．1 常用最大功率跟蹤控制的局限性

3．4．2 最小二乘支持向量機(jī)最大功率跟蹤控制特性

3．4．3 最小二乘支持向量機(jī)原理

3．4．4 最大功率跟蹤最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)建模

3．4．5 基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制及仿真

3．5 本章小結(jié)

第4章 光伏并網(wǎng)發(fā)電的功率穩(wěn)定控制

4．1 基于大功率的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性分析

4．1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模態(tài)

4．1．2 系統(tǒng)特性分析

4．2 基于大功率復(fù)合儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)發(fā)電有功分級(jí)補(bǔ)償控制

4．2．1 有功分級(jí)補(bǔ)償控制原理

4．2．2 復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置

4．2．3 基于模糊PID的雙向DC／DC變換器的控制及仿真

4．2．4 有功補(bǔ)償特性與仿真分析

4．3 本章小結(jié)

第5章 光伏并網(wǎng)發(fā)電與無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊惑w化控制

5．1 并網(wǎng)發(fā)電與無(wú)功補(bǔ)償統(tǒng)一控制原理

5．1．1 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理

5．1．2 基于高速、實(shí)時(shí)的電流檢測(cè)技術(shù)

5．1．3 基于直接電流控制的并網(wǎng)電流跟蹤控制

5．2 雙向PWM逆變器的空間矢量算法

5．2．1 雙向PWM逆變器空間矢量分布與合成

5．2．2 SVPWM波的產(chǎn)生

5．3 光伏發(fā)電、無(wú)功補(bǔ)償一體化控制仿真研究

5．3．1 光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)饋電模式仿真

5．3．2 電網(wǎng)向負(fù)載供電模式仿真

5．4 本章小結(jié)

第6章 功率補(bǔ)償控制實(shí)驗(yàn)研究

6．1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體方案

6．1．1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

6．1．2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能分析

6．1．3 主要實(shí)驗(yàn)研究

6．2 并網(wǎng)逆變器的參數(shù)設(shè)計(jì)

6．2．1 IGBT的選擇

6．2．2 直流側(cè)電容的選擇

6．2．3 濾波電感的選擇

6．3 接口與數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6．3．1 無(wú)功補(bǔ)償數(shù)字系統(tǒng)與接口實(shí)現(xiàn)方案

6．3．2 主要接口電路設(shè)計(jì)

6．3．3 控制程序設(shè)計(jì)

6．4 基于研究?jī)?nèi)容的實(shí)驗(yàn)研究

6．4．1 光伏陣列的最大功率跟蹤實(shí)驗(yàn)

6．4．2 有功功率補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)

6．4．3 并網(wǎng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)

6．4．4 無(wú)功功率補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)

6．5 本章小結(jié)

第7章 總結(jié)與展望

7．1 總結(jié)

7．2 展望

參考文獻(xiàn)

附錄A 基于DLL的控制程序

附錄B 2013年3月晴天數(shù)據(jù)

附錄C 2012年12月霧天數(shù)據(jù)

附錄D 2013年3月用電量數(shù)據(jù)2100433B