无变压器光伏并网逆变器的漏电流抑制研究

【摘要】：在能源危机和环境污染的双重压力下,以光伏发电产业为代表的新能源产业成为人类当下关注和研究的焦点问题之一。作为光伏发电系统核心设备之一的光伏并网逆变器,当下对其的研究焦点不仅限于对其输出电能的优化,更将效率优化作为追求目标。无变压器光伏并网逆变器无需变压器隔离作用,减小了系统体积、降低了成本、提高了效率,具有很大的研究价值。由于光伏电池板存在对地寄生电容,在没有变压器的情况下,电网与光伏发电系统之间失去了电气隔离作用,形成共模电压回路。共模电压的高频振荡会带来较大的漏电流,不仅造成入网电流畸变,还有可能带来设备损害、人员伤亡,因此必须严格控制漏电流的大小。因此漏电流的抑制成为研究无变压器光伏并网逆变器的关键问题之一。基于调制的漏电流抑制方法无需添加元器件,无需改变电路结构与控制器设计,受到国内外研究人员的广泛关注。本文将分别研究两电平和三电平无变压器光伏并网逆变器基于调制的漏电流抑制方法。为了更好的分析抑制漏电流的原理,对三相光伏逆变器的漏电流模型进行了小信号建模,从其激励源、环路阻抗和传统调制三方面分析了漏电流产生的原理,明确各项电气参数与寄生参数对漏电流的影响。针对两电平无变压器光伏并网逆变器的漏电流问题,文本着重分析了两类典型的调制算法,AZSPWM和RSPWM抑制漏电流的原理及实现方法,并提出一种基于RSPWM调制的死区共模电压补偿算法,使RSPWM可以应用于带死区的开关驱动下。本文对这两类调制算法的直流电压利用率和输出电压谐波进行了理论分析,并与传统SVPWM调制算法进行了对比,为AZSPWM与RSPWM的工程应用提供了理论参考。针对三电平无变压器光伏并网逆变器的漏电流问题,本文着重分析了三种典型的中矢量调制算法,2MV1Z、3MV120和3MV抑制漏电流的原理和实现方法。中矢量调制算法不仅可以理论上消除漏电流,且对直流侧电压利用率较大,具有很大的研究价值。本文理论分析了三种中矢量调制算法的调制比范围、输出电压谐波、输入电流纹波性能,并对其产生的功率器件损耗进行了仿真分析,为三种中矢量调制算法的工程应用提供了理论参考。本文对所有理论分析提供了仿真验证。

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