共直流母線型模塊化光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，為緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染，太陽能、風(fēng)能等清潔可再生能源得到了廣泛的應(yīng)用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和可靠性，模塊化結(jié)構(gòu)受到越來越多的青睞并成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。論文對共直流母線型的模塊化光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究。針對系統(tǒng)前級(jí)的直流模塊，采用內(nèi)置變壓器和內(nèi)置變壓器倍壓單元實(shí)現(xiàn)高增益高效率變換;針對系統(tǒng)后級(jí)的逆變模塊并聯(lián)，采用線性功率控制改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
　　

2、首先，本文將變壓器嵌入傳統(tǒng)的交錯(cuò)并聯(lián)Boost交流器中，形成非隔離型高增益交流器。通過對隔離型變流器中常用的整流結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，演繹出內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)作為電壓增益拓展單元，實(shí)現(xiàn)了變流器電壓增益的大幅提升，避免了開關(guān)管工作在極限占空比狀態(tài)，同時(shí)降低了開關(guān)管的電壓應(yīng)力，可采用低導(dǎo)通電阻、高性能開關(guān)管降低導(dǎo)通損耗。采用有源箝位電路有效的吸收內(nèi)置變壓器漏感的能量，抑制開關(guān)管的關(guān)斷電壓尖峰。主開關(guān)管和箝位開關(guān)管均實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)，減小了開關(guān)損耗，提

3、升了效率。內(nèi)置變壓器的漏感抑制了輸出二極管的反向恢復(fù)電流，減小了反向恢復(fù)損耗，降低了EMI噪聲。交流器的輸入電感以及交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)有效降低了輸入電流紋波，減小對輸入側(cè)電解電容的沖擊。此外，本文總結(jié)了內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律和升壓機(jī)理，據(jù)此可演繹出一系列含內(nèi)置變壓器結(jié)構(gòu)的非隔離型高增益交流器，為新型高增益交流器的生成提供了新的方法。
　　其次，本文將倍壓整流電路與內(nèi)置變壓器結(jié)合，形成內(nèi)置變壓器倍壓單元作為電壓增益拓展單元，實(shí)現(xiàn)交流器電

4、壓增益的進(jìn)一步提升。改進(jìn)后的交流器進(jìn)一步降低了輸出二極管的電壓應(yīng)力，同時(shí)電壓增益更高，開關(guān)管的電壓應(yīng)力更低，使該交流器更適合應(yīng)用于高增益變換場合。為了簡化驅(qū)動(dòng)電路，采用無源箝位方案，提高了交流器的可靠性。開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電流開通，箝位二極管實(shí)現(xiàn)了自然關(guān)斷，降低了開關(guān)損耗，提高了效率。
　　再次，為了實(shí)現(xiàn)逆變模塊并聯(lián)運(yùn)行，本文設(shè)計(jì)了50kW光伏并網(wǎng)逆變模塊。模塊采用T型三電平拓?fù)?，提高了效率和可靠性。為了設(shè)計(jì)模塊控制系統(tǒng)，建立了T型三

5、電平光伏并網(wǎng)逆變器小信號(hào)模型，進(jìn)而得到控制系統(tǒng)框圖，設(shè)計(jì)了關(guān)鍵控制參數(shù)。此外，模塊采用無功功率擾動(dòng)作為主動(dòng)孤島檢測方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，逆變模塊具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，并網(wǎng)電流各次諧波均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，主動(dòng)孤島檢測快速有效。模塊結(jié)構(gòu)采用分層設(shè)計(jì)，散熱效率高。整個(gè)系統(tǒng)僅有一個(gè)并網(wǎng)接口，方便模塊的安裝和更換。
　　最后，本文設(shè)計(jì)了光伏并網(wǎng)逆變模塊并聯(lián)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用層次控制架構(gòu)，各個(gè)模塊地位均等。模塊控制輸出電流實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，處于控

6、制系統(tǒng)上層的中央控制器控制直流母線電壓。論文采用線性功率控制方案，將直流母線電壓信息引入到模塊電流控制環(huán)的參考中，使逆變模塊由恒功率特性變?yōu)楦鶕?jù)母線電壓變化的線性功率特性。當(dāng)母線電壓變化時(shí)，逆變模塊可快速調(diào)整輸出電流，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，抑制了功率劇烈變化時(shí)母線電壓的波動(dòng)，降低了通訊速率對系統(tǒng)的影響。即使通訊線故障，系統(tǒng)仍可維持運(yùn)行，提高了穩(wěn)定性和可靠性。此外，設(shè)計(jì)了100kW模塊化光伏并網(wǎng)逆變器工程樣機(jī)，樣機(jī)性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定，體現(xiàn)