級聯(lián)型大功率光伏并網(wǎng)逆變器的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光伏并網(wǎng)發(fā)電使太陽能的大規(guī)模利用成為可能，面對發(fā)電成本較高，提高系統(tǒng)效率一直是研究的熱點(diǎn)。局部陰影和光伏陣列之間不匹配是影響光伏發(fā)電效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，為適應(yīng)光伏發(fā)電系統(tǒng)高性能和高效率的要求，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷得到優(yōu)化，逐漸從集中型向串級型、從單級向多級發(fā)展。近年來，一些學(xué)者提出把級聯(lián)型逆變器用于大容量光伏并網(wǎng)中，是由于級聯(lián)型并網(wǎng)逆變器除了具有輸出電壓幅值高，輸出諧波小，開關(guān)頻率低，輸出濾波器體積小、易于模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，可

2、以無變壓器地接入高壓電網(wǎng)，減小了系統(tǒng)的體積和成本，更關(guān)鍵的是，級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器在光照不均勻和光伏陣列之間不匹配條件下能保證系統(tǒng)的輸出功率最大化，所有這些都有利于系統(tǒng)效率的提高，因此，級聯(lián)型逆變器將是光伏并網(wǎng)逆變器的理想拓?fù)渲?。本論文圍繞級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)控制技術(shù)，在最大功率點(diǎn)跟蹤、級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的功率平衡控制、級聯(lián)型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)等多個(gè)方面作出了研究，主要工作如下:
　　1)針對大容量光

3、伏并網(wǎng)場合，設(shè)計(jì)了一種每個(gè)功率單元由DC/DC高頻隔離環(huán)節(jié)和DC/AC低頻逆變兩部分組成的級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)洹ａ槍γ考壒β蕟卧懈鞴夥嚵兴芄庹詹痪鶆蚯闆r，建立了光伏陣列等效模型，基于功率平衡機(jī)理，推導(dǎo)出直流側(cè)電壓動態(tài)平衡方程和逆變器網(wǎng)側(cè)功率模型，為功率平衡控制策略的研究提供了理論基礎(chǔ)?；谥麟娐方Y(jié)構(gòu)，文章依次對裝置直流母線電壓、直流母線電容、并網(wǎng)電抗器以及DC/DC隔離變換器主要電路參數(shù)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。
　　2)

4、為滿足三相光伏并網(wǎng)逆變器直流側(cè)高輸入電壓的需求，克服其工頻升壓隔離變壓器耗材嚴(yán)重的不足，提出了一種新型的高頻變壓器隔離的高壓大功率DC/DC變換器，它通過兩個(gè)升壓繞組串聯(lián)整流提高輸出電壓，在副邊增加一個(gè)無源諧振電路實(shí)現(xiàn)了寬負(fù)載范圍變換器的軟開關(guān)，并很好地抑制了副邊整流二極管的電壓尖峰。闡述該變換器的工作原理，詳細(xì)分析了變換器的每個(gè)工作模態(tài)，給出了幾個(gè)主要模態(tài)的等效電路和關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)原則。
　　3)針對常規(guī)擾動觀察法步長不易確定、

5、跟蹤速度和穩(wěn)態(tài)時(shí)功率振蕩之間的固有矛盾，并在對一系列改進(jìn)擾動觀察法局限性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新型自適應(yīng)擾動觀察法，該算法依據(jù)功率的變化生成電壓擾動值，保證了電壓指令對功率變化的快速跟蹤，然后根據(jù)光伏陣列電壓指令值和實(shí)際值的誤差產(chǎn)生DC/DC變換器所需要的占空比信號d，實(shí)現(xiàn)了真正的自適應(yīng)擾動，跟蹤速度快、穩(wěn)態(tài)精度高，系統(tǒng)通用性強(qiáng)。同時(shí)給出了所提出MPPT算法的詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟，并對新型自適應(yīng)擾動觀察法和常規(guī)擾動觀察法在相同環(huán)境下進(jìn)行了

6、仿真和實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)果證明了所提出算法的準(zhǔn)確性和有效性。
　　4)根據(jù)直流側(cè)電壓動態(tài)平衡方程和逆變器網(wǎng)側(cè)功率模型，提出了基于占空比有功分量修正的功率平衡控制策略，給出了控制器的穩(wěn)定工作區(qū)域，控制直流側(cè)光伏陣列的最大功率與H橋交流側(cè)的輸出功率保持平衡。另外，級聯(lián)H橋逆變器系統(tǒng)采用電壓電流雙閉環(huán)控制，其中電壓外環(huán)采用PI控制實(shí)現(xiàn)逆變器總直流母線電壓穩(wěn)定，電流內(nèi)環(huán)采用準(zhǔn)PR控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的零穩(wěn)態(tài)誤差和單位功率因數(shù)控制。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)

7、驗(yàn)證了所提控制策略的有效性和可行性，結(jié)果表明即使在光照嚴(yán)重不均勻的情況下，該方法亦能保證直流母線電壓的穩(wěn)定。
　　5)研究了在不對稱電網(wǎng)故障條件下網(wǎng)側(cè)電壓的數(shù)學(xué)模型，總結(jié)出不同故障條件下三相網(wǎng)側(cè)電壓幅值與相位之間的規(guī)律，基于上述規(guī)律分析了不同故障條件下級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，并提出了基于旁路原理的低電壓穿越控制策略，最后建立了級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制策略的仿真模型，通過不同故障條件下的算例仿真，驗(yàn)證了控制策略設(shè)計(jì)