模塊化非隔離光伏并網(wǎng)逆變器及發(fā)電系統(tǒng)研究.pdf

1、可再生能源尤其是光伏發(fā)電系統(tǒng)初期投資大、發(fā)電成本高，故并網(wǎng)逆變器以及并網(wǎng)發(fā)系統(tǒng)效率的提高對于縮短成本回收周期，更快地創(chuàng)造經(jīng)濟效益具有重要意義。本文以模塊化和高效率為核心，研究非隔離光伏并網(wǎng)逆變器及系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。
　　針對基于直流總線的模塊化光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，提出了一種改進的以直流總線電壓作為信息載體的功率變換管理和控制方法，旨在實現(xiàn)能量最優(yōu)利用和系統(tǒng)運行模式的平滑切換。將系統(tǒng)分為四種運行模式，分別是孤島運行蓄電池放電、并網(wǎng)運行

2、網(wǎng)側(cè)接口變換器整流、并網(wǎng)運行網(wǎng)側(cè)接口變換器逆變、孤島運行光伏接口變換器輸出恒壓。分析了系統(tǒng)運行模式與系統(tǒng)功率流的關(guān)系，設(shè)計令直流總線電壓決定系統(tǒng)運行模式和模式切換，而無需中央控制器，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。分別給出了光伏、網(wǎng)側(cè)和儲能接口變換器的控制方法，使得系統(tǒng)在極端條件下，如孤島運行蓄電池滿電荷狀態(tài)仍能達到功率平衡。
　　研究非隔離并網(wǎng)逆變器共直流和交流母線并聯(lián)運行，提出了功率電路拓撲并聯(lián)工作及進網(wǎng)電流解耦的條件。深入

3、分析了各種非隔離全橋拓撲形式和PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)制方式的逆變器并聯(lián)運行模態(tài)，指出雙極性PWM逆變器并聯(lián)運行時并聯(lián)逆變器間的進網(wǎng)電流自然解耦;單極性倍頻PWM逆變器并聯(lián)運行時并聯(lián)逆變器的進網(wǎng)電流存在高頻耦合，但電流基波分量解耦;單極性PWM逆變器并聯(lián)運行時并聯(lián)逆變器間的電流存在高頻耦合，導(dǎo)致電流基波分量耦合，不可并聯(lián)運行。低漏電流的改進型全橋并網(wǎng)逆變器拓撲也可實現(xiàn)并聯(lián)逆變器間的進網(wǎng)電流自然解耦。提出一

4、種模塊化光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)歐洲效率優(yōu)化控制方法，分析了直流母線電壓變化趨勢與PV(Photovoltaic)發(fā)電功率的內(nèi)在關(guān)系，在逆變器中采用兩個不同限幅值的直流母線電壓調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)根據(jù)PV發(fā)電功率的變化，自然啟用相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器，確保各臺逆變器優(yōu)先運行在設(shè)定的最高效率點。當PV發(fā)電功率較大時逆變器再轉(zhuǎn)向滿載運行，從而優(yōu)化模塊化系統(tǒng)的歐洲效率，且無需增加硬件成本。
　　非隔離型并網(wǎng)逆變器擁有變換效率高，體積小、重量輕、成本低等優(yōu)勢，

5、但系統(tǒng)中的漏電流會大幅增加，帶來安全隱患。研究了非中點鉗位和中點鉗位兩類非隔離全橋并網(wǎng)逆變器拓撲，旨在發(fā)現(xiàn)兼顧低漏電流和高效率的新型電路拓撲?；趥鹘y(tǒng)H5拓撲，在光伏電池輸出端和橋臂任意中點之間引入一支開關(guān)管，構(gòu)造一條新的功率傳輸通路，提出了一種六開關(guān)非隔離并網(wǎng)逆變器拓撲（H6拓撲）。新拓撲在功率傳輸模態(tài)時，進網(wǎng)電流半個工頻周期流過三支開關(guān)管，而另半個工頻周期流過兩支開關(guān)管，故相對于H5拓撲，降低了通態(tài)損耗，提高了變換效率，有利于熱應(yīng)力

6、均衡，并仍滿足抑制漏電流的條件;比較分析了H5、Heric(Highly Efficient ReliableInverter Concept)和H6的拓撲結(jié)構(gòu)、損耗和成本，指出H6拓撲實際是H5和Heric拓撲的折衷。H6拓撲的變換效率高于H5拓撲、但略低于Heric拓撲;共模特性優(yōu)于Heric拓撲、但略劣于H5拓撲。提出由P-NPCC(Positvie-Neutral Point Clamped Cell)和N-NPCC(Negat

7、ive-NetrualPoint Clamped Cell)兩種基本單元構(gòu)造中點鉗位逆變器拓撲族的統(tǒng)一方法，研究了中點鉗位非隔離全橋逆變器拓撲的生成機理和推演方法，揭示了中點鉗位逆變器拓撲族的內(nèi)在聯(lián)系，按照提出的基本單元可以得到現(xiàn)有的中點鉗位非隔離全橋光伏并網(wǎng)逆變器拓撲，如oH5和FB-DCBP(Full Bridge-DC Bypass)，以及一族新的中點鉗位非隔離全橋并網(wǎng)逆變器拓撲。以所提出的PN-NPC拓撲為例詳細分析了其工作原理

8、，并與oH5、FB-DCBP拓撲作了損耗的比較分析，PN-NPC拓撲共模特性與FB-DCBP相同并優(yōu)于oH5，且變換效率最優(yōu)。
　　高可靠性、高效率和高功率密度始終是電力電子裝置追求的目標?？偨Y(jié)歸納了五電平全橋逆變器拓撲生成的兩種方式:①三電平全橋與輸入分壓電容和鉗位支路組合;②三電平半橋與兩電平橋臂組合。將上述拓撲生成方式推廣至雙降壓式逆變器，提出了一族五電平雙降壓式全橋并網(wǎng)逆變器拓撲，具有高變換效率、高功率密度和低EMI(El