光伏逆变器及其电流检测与保护技术的研究

摘要

“十二五”期间是我国太阳能产业发展的关键时期，国家能源局表示，“十二五”期间光伏发电的装机目标确定为21GW。在我国光伏产业链初步形成的今天，光伏产业遇到的难题是投入成本较高，发电效率较低，同时我国光伏产业遭遇到欧盟及美国等的双反调查，为了走出困境，进行技术创新，增强光伏系统可靠性是关键。
　　为了提高光伏发电系统的发电效率和电能质量，需要精确的电流信号检测来保证，包括对直流、交流、脉动直流及共模漏电流的测量。本文首先针对非隔离型逆变器存在漏电流的问题，推导出了其高频共模等效模型，对光伏系统共模漏电流产生的具体原因和有关该漏电流的计算方法进行了系统分析和讨论，从推导出的最简共模等效模型中归纳出两种消除漏电流的途径，并应用simulink仿真软件对共模漏电流进行了仿真。其次，设计了一种低漏电流的单相两级式非隔离型光伏并网逆变器，阐述了其主电路拓扑结构中前级Boost电路和后级逆变电路的工作原理、具体参数设计，并对其进行了仿真分析和试验测试。本文接下来对现有的电流检测方法作了简单介绍，通过比较，重点突出了巨磁阻效应电流传感器的优势性能，然后对巨磁阻效应的产生机理、巨磁阻传感器的内部结构以及工作原理作了进一步分析，为本课题设计基于巨磁阻效应的新型光伏电流传感器提供了理论依据。最后，本文提出了两种基于巨磁阻效应的新型光伏电流传感器：带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻电流传感器和闭环巨磁阻效应交直流电流传感器，详细介绍了其结构设计和工作机理，结合理论分析与仿真结果，设计出了两种光伏电流传感器样机，并对其各项性能进行了实验测试。
　　实验测试结果表明，所设计的两种新型光伏电流传感器灵敏度高，精度高，非线性误差低，量程范围宽，交直流电流同时可测，带宽范围宽。随着光伏逆变器、风力发电逆变器等电力电子产品的发展，高精度电流传感器的需求不断增加，本文设计的电流传感器具有广阔的应用前景。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题的主要研究内容

第二章 非隔离型光伏并网系统设计及其漏电流分析

2.1 光伏并网逆变器的分类

2.2 非隔离型光伏并网系统共模漏电流分析

2.3 低漏电流新型非隔离型光伏并网逆变器设计

2.4 本章小结

第三章 巨磁阻电流传感器的作用机理及特性分析

3.1 巨磁阻效应（GMR）的基本原理

3.2 巨磁阻传感器的结构与工作原理

3.3 巨磁阻芯片输入输出特性

3.4 巨磁阻电流传感器的作用机理

3.5 载流体及其磁场分布的数学模型

3.6 本章小结

第四章 新型光伏电流传感器的研究与设计

4.1 带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻电流传感器的研究

4.2 闭环巨磁阻效应交直流电流传感器的研究

4.3 本章小结

第五章 新型光伏电流传感器的试验与分析

5.1 带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻电流传感器实验测试

5.2 闭环巨磁阻效应交直流电流传感器实验测试

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢