零漏电流非隔离光伏并网逆变器的研究

摘要

由于具有效率高、体积小、重量轻和成本低等优点，非隔离光伏并网逆变器一直是国内外学者研究的重点。但除去了变压器的隔离作用后，光伏发电系统会有相应的漏电流产生，过大的漏电流会对发电设备和人自身的安全造成威胁。因此，如何抑制和消除漏电流成为了非隔离光伏并网逆变器的核心问题之一。本文以单相非隔离光伏并网逆变器为研究对象，着重对各种漏电流抑制电路拓扑进行分析，设计了一种零漏电流非隔离光伏并网逆变器，并对其工作原理和控制方法进行了详细的分析。　　首先，本论文概述了非隔离光伏逆变器产生漏电流的原因，通过分析和推导建立了非隔离光伏逆变器共模等效模型，得到了漏电流产生的条件和抑制漏电流的方法。针对全桥电路拓扑，利用频域分析法得到了各电路以及寄生参数对漏电流的影响。并搭建全桥电路进行仿真，从而验证了抑制漏电流理论分析的正确性。　　其次，详细介绍了HERIC、H5和H6三种典型的非隔离光伏并网逆变器拓扑，分别分析了它们包含和不包含中点箝位支路的电路拓扑的拓扑结构、调制策略和工作原理，然后进行了相关的仿真验证得到它们对漏电流的抑制效果。最后介绍了一种能够完全消除漏电流的虚拟直流(Direct Current, DC)总线设计方法，并对基于此方法的电路拓扑进行工作原理分析和仿真验证。　　最后，研究了所设计的零漏电流并网逆变器各部分的结构以及工作原理和控制策略，针对二倍工频纹波问题，研究了零漏电流并网逆变器直流母线电容的二倍工频纹波产生原因，并提出了一种消除二倍工频纹波的控制算法。并对本文的零漏电流并网逆变器控制算法和消除二倍工频纹波控制算法搭建了仿真电路，并通过仿真验证了零漏电流并网逆变器的正确性以及两种控制方法的有效性。设计了零漏电流并网逆变器的主功率电路原理图，进行了主要器件的选型。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 光伏发电国内外发展现状

1.2.1 光伏发电国外发展现状

1.2.2 光伏发电国内发展现状

1.3 非隔离光伏并网逆变器的研究现状

1.4 论文的主要工作

第2章 非隔离光伏并网逆变器漏电流分析

2.1 漏电流产生的机理

2.2 漏电流模型分析与仿真验证

2.2.1 漏电流模型分析

2.2.2 漏电流频域分析

2.2.3 全桥单极性SPWM调制

2.2.4 全桥双极性SPWM调制

2.2.5 仿真验证

2.3 本章小结

第3章 典型漏电流抑制电路拓扑的分析与比较

3.1 HERIC电路拓扑

3.1.1 非中点箝位型HERIC电路拓扑

3.1.2 中点箝位型HERIC电路拓扑分析

3.1.3 仿真验证

3.2 H5电路拓扑

3.2.1 非中点箝位H5电路拓扑分析

3.2.2 中点箝位型H5电路拓扑分析

3.2.3 仿真验证

3.3 H6电路拓扑

3.3.1 非中点箝位H6电路拓扑分析

3.3.2 二极管箝位H6电路拓扑分析

3.3.3 仿真验证

3.4 无漏电流电路拓扑

3.4.1 无漏电流电路拓扑分析

3.4.2 仿真验证

3.5 本章小结

第4章 零漏电流光伏并网逆变器研究

4.1 传统两级式非隔离光伏并网逆变器

4.2 零漏电流光伏并网逆变器

4.2.1 漏电流分析

4.2.2 最大功率点跟踪

4.2.3 负电源产生电路

4.2.4 逆变电路

4.3 零漏电流光伏并网逆变器控制

4.3.1 Boost升压电路控制

4.3.2 负电源电路控制

4.3.1 逆变电路控制

4.4 二倍工频纹波分析及消除

4.4.1 二倍工频纹波分析

4.4.2 二倍工频纹波消除建模分析

4.4.3 二倍工频纹波消除的控制方法

4.5 电路参数设计

4.5.1 电容C2的选取

4.5.2 电感L2的选取

4.5.3 电感L3的选取

4.6 本章小结

第5章 仿真研究及硬件设计

5.1 传统两级式非隔离光伏并网逆变器仿真研究

5.2 零漏电流光伏并网逆变器仿真研究

5.2.1 包含二倍工频纹波控制仿真研究

5.2.2 消除二倍工频纹波控制仿真研究

5.3 硬件电路设计

5.3.1 主功率电路设计

5.3.2 驱动电路设计

5.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文