高性能非隔離型光伏併網逆變器技術研究

《高性能非隔離型光伏併網逆變器技術研究》是依託南京航空航天大學，由謝少軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高性能非隔離型光伏併網逆變器技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：謝少軍
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

高變換效率、穩定快速的最大功率點跟蹤(MPPT)、無盲區或小盲區孤島檢測和高進網電流質量是光伏併網發電系統的關鍵技術要求。本項目研究非隔離併網逆變器的漏電流分析模型，得出抑制漏電流的準則和方法，提出可達到高效率、低漏電流的最佳化電路拓撲；與傳統的基於光伏電池穩態特性設計MPPT算法不同，提出研究光伏電池動態特性，並從動態系統級聯的視角研究全新的MPPT分析手段和方法，以兼顧MPPT快速性和穩定性，解決現有MPPT在環境突變情況下的系統性能下降或崩潰問題；提出將孤島檢測與高進網電流質量控制相結合，研究兼具反孤島能力的新型併網逆變器電流控制策略，以降低反孤島措施對進網電流質量的影響，同時實現接近於零的非檢測區。通過上述技術的突破可實現具有國際先進水平的高性能光伏併網逆變器及系統。

結題摘要

本項目研究高性能光伏併網逆變器的核心技術，包括：探索新型高效率、低漏電流非隔離併網逆變器拓撲；探索新的最大功率跟蹤(MPPT)算法設計手段與方法；研究反孤島與高進網電流質量相結合的光伏逆變器控制策略。 本項目建立並完善了統一的併網逆變器漏電流分析模型，總結了四條漏電流抑制的途徑，在此基礎上提出了改進型的H5、Heric拓撲並對比研究了多種低漏電流的非隔離併網逆變器拓撲。結果表明通過漏電流抑制途徑的改變，改進型拓撲具備了更好的漏電流抑制能力。針對改進型H5逆變器，已實現樣機最高效率達到96.4%(歐洲效率95.7%)。 本項目從光伏器件的物理本質出發，對光伏電池的穩態和動態特性進行了分析，推導了光伏電池的穩態、動態特性的解析表達式，得出了光伏電池的動態模型，明晰了光照、輸出電壓等對光伏電池動態性能的影響。進一步地，基於級聯繫統小信號分析法，導出了光伏電池和電流型MPPT變換器的接口電壓內環控制穩定的條件，並據此得出控制器參數的設計準則和方法以實現穩定快速的MPPT控制。 本項目對兼具反孤島及高進網電流質量的逆變器控制策略進行了深入的研究。驗證了基於下垂鎖相的併網逆變器可以實現單位功率因數並具有內在的反孤島能力；驗證了基於鎖相環實現特定頻率阻抗測量的主動式孤島檢測方法具有實現簡單、對電能質量影響微小、動態回響快、理論上盲區很小、抗干擾性好等優點。 本項目還對LCL濾波併網逆變器的諧振抑制進行了系統性研究。指出了有源阻尼控制的機制並得出了一種新型的LCL濾波併網逆變器單進網電流採樣的低成本控制方法，實現良好的運行魯棒性及電流質量；對LCL濾波併網逆變器的多變數反饋電流控制方案進行了系統性分析，提出了基於零點配置以及極點配置思想的系統化分析思路，在此基礎上提出一種四極點配置控制策略，可以兼顧實現諧振頻率處的有源阻尼和實現基波頻率處的諧振控制；對弱電網下併網逆變器電流控制的適應性進行了深入分析，明晰了弱電網下電流諧振的產生機理並提出了一種新型的自適應控制方法。在滿載和輕載下均實現了近似單位功率因數併網。進網電流波形質量好，滿載時THD低於1%，而在進網功率大於20%時電流THD均小於5%。 最後，本項目結合光伏發電的套用，研究了低壓交、直流微電網系統結構及控制策略，提出了一種適用於交直流微電網的多連線埠隔離雙向DC-DC變換器，拓展了課題的研究領域和範圍。