含单相非隔离逆变器光伏并网发电系统的研究

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传统化石能源日益增长的消耗带来了能源短缺与环境污染等世界性的问题,于是可再生能源的合理开发与利用逐渐成为各国解决能源与环境问题的重要手段。光伏发电是绿色环保的太阳能最主要的利用形式之一。由于光伏电池板直接输出直流,若要将电能馈送到电网以实现并网,还需要逆变器将直流电转换为交流电。相比于隔离型并网逆变器,非隔离型并网逆变器的体积较小、重量较轻、成本较低并且效率较高,是未来并网逆变器的发展方向,但面临着高频漏电流的问题,会加大系统的损耗,导致设备存在安全隐患,甚至有危及人身安全的可能。本文以含单相非隔离逆变器的光伏并网发电系统为研究对象,对非隔离逆变器的拓扑以及光伏并网发电系统的控制策略做了详细的分析与研究。对非隔离光伏并网逆变器的漏电流是如何产生的以及影响漏电流大小的相关因素等问题进行研究,进一步推导漏电流分析的等效电路,讨论抑制漏电流的相关措施。研究国内外学者提出的低漏电流的逆变器拓扑结构,根据学者提出的拓扑间的演化规律对Heric拓扑进行变换,得到一种新型中点钳位拓扑,对新型拓扑工作模态进行分析,从理论上说明其在续流阶段断开光伏电池与电网之间的电气连接,并通过中点钳位支路将两桥臂中点对地电压钳制为直流母线电压的二分之一,以此保持共模电压的恒定,从而抑制漏电流。对新型拓扑搭建仿真模型验证其漏电流抑制能力。采用两级式变换器结构,分别实现最大功率点跟踪控制和逆变并网控制。以Boost变换电路作为前级DC/DC电路,实现升压功能及阻抗匹配,采用自适应变步长扰动观察法实现最大功率点跟踪。后级以新型非隔离中点钳位拓扑作为DC/AC变换器,利用基于二阶广义积分器的单相锁相环完成对电网电压的锁相,使并网电流的频率和相位跟随电网电压。采用电压外环与电流内环的双闭环控制策略,电压外环使用比例积分调节器稳定直流母线电压,电流内环使用比例积分调节+电网电压前馈以减小电网电压对电流基波跟踪以及谐波的影响,采用LC滤波器滤除开关频率附近的高次谐波。最后搭建仿真模型验证新型拓扑应用在光伏并网发电系统中的可行性。
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