单相光伏并网逆变器共模漏电流和无功补偿的研究

摘要

逆变器是太阳能光伏并网发电系统的重要组成部分，在太阳能的发展和利用过程中占有核心地位。为确保光伏并网发电系统的可靠运行，传统的并网逆变器使用变压器进行电气隔离，因此系统存在体积大、重量重、效率低、成本高等诸多缺点，而非隔离型光伏并网逆变器均克服了已上缺点，已成为当前研究的热点。 非隔离光伏并网逆变器由于变压器的去除会在电路中产生共模干扰，并会使并网逆变系统和地之间形成共模漏电流而带来安全隐患。因此，解决并网逆变器共模漏电流至关重要。论文首先以单相全桥非隔离光伏并网逆变器为例，对其建立共模漏电流模型，分析了该逆变器在不同的PWM调制方式下的共模特性，总结出了消除共模漏电流的方法。随后，论文研究了四种改进型非隔离光伏并网逆变器的共模特性，通过仿真比较了这四种逆变器的漏电流抑制效果，并总结出它们各自的优缺点。 为了提高系统的效率和避免同一桥臂的功率管直通问题，本文重点研究了一种新型双BUCK非隔离光伏并网逆变器拓扑，它具有输入直流电压利用率高，无桥臂功率管直通、共模漏电流小等优点。论文对这种新型双BUCK逆变器的工作原理进行了分析，对主要参数进行了设计，通过对该逆变器的效率分析和计算，优化选择了功率开关器件。实验表明新型双BUCK逆变器的漏电流抑制效果和效率均优于目前使用较多的H6桥逆变器。 德国于2011年8月颁布了《分布式电源接入低压配电网运行管理规定》，即VDE-AR-N4105标准。该规定明确表明总视在功率大于4.6kVA的并网逆变器，均要求能够对电网实施无功补偿。为了使逆变器做到低漏电流和高效率，大部分非隔离型并网逆变器均采用传统的单极性调制，但在进行无功功率补偿时，并网电流在电网电压过零点发生畸变，因此在很大程度上加大了并网电流的总谐波畸变率，同时还会导致功率因数不能满足±0.01的误差范围要求。本文以新型双BUCK非隔离光伏并网逆变器为例，在实施无功补偿时存在的并网电流畸变问题进行了详细的分析和研究，并提出了一种新的调制策略改变低频管的控制方式，有效的解决了该问题。仿真和实验验证了本文所研究方法的正确性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外光伏发电产业的发展现状

1．3 光伏发电系统的分类

1．4 国内外非隔离型光伏并网逆变器的研究现状

1．5 VDE4105安规标准认证项目

1．6 本文研究的主要内容和章节安排

第二章 非隔离光伏并网逆变器漏电流的研究

2．1 单相全桥非隔离光伏并网逆变器的漏电流分析

2．1．1 漏电流的等效模型

2．1．2 开关调制方式对漏电流的影响

2．1．3 仿真验证

2．2 改进型非隔离光伏并网逆变器漏电流的分析

2．2．1 H5桥拓扑漏电流的分析

2．2．2 H6桥拓扑漏电流的分析

2．2．3 新型六开关管拓扑漏电流的分析

2．2．4 六开关管改进型拓扑漏电流的分析

2．3 共模漏电流比较

2．4 本章小结

第三章 新型双BUCK非隔离光伏并网逆变器的研究

3．1 新型双BUCK非隔离光伏并网逆变器的工作原理

3．2 新型双BUCK非隔离光伏并网逆变器的漏电流分析

3．3 几种拓扑结构的开关损耗分析及比较

3．3．1 使用IGBT作为功率管的损耗计算

3．3．2 使用MOSFET作为功率管的损耗计算

3．4 本章小结

第四章 系统设计与实验样机研制

4．1 样机性能指标和系统架构

4．2 新型双BUCK拓扑主要参数的设计

4．2．1 功率开关管及二极管的选取

4．2．2 输出滤波器设计

4．3 系统软件设计

4．4 实验结果与分析

4．4．1 新型双BUCK拓扑的实验结果与分析

4．4．2 新型 双BUCK拓扑与H6桥拓扑漏电流比较

4．4．3 新型双BUCK拓扑与H6桥拓扑的效率对比

4．5 本章小结

第五章 新型双BUCK并网逆变器的无功补偿研究

5．1 VDE-AR-N 4105中无功性能指标

5．2 无功补偿单极性正功调制电流过零点畸变分析

5．3 无功补偿单极性负功调制

5．4 实验结果

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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