三相非隔離型光伏逆變器的控制技術及SiC器件應用研究.pdf

1、光伏逆變器的性能不僅影響和決定光伏發(fā)電系統(tǒng)是否能夠安全高效、穩(wěn)定可靠地運行，同時也是影響整個光伏發(fā)電系統(tǒng)使用壽命的主要因素。本文針對三相非隔離型光伏逆變器的直流分量抑制和電網(wǎng)電壓畸變時的并網(wǎng)優(yōu)化分別提出了有效的控制方法，并將開關速度快、耐壓高、損耗低的新型碳化硅(Silicon Carbide，SiC)器件應用于光伏逆變器中，以提高逆變器的效率和功率密度。并網(wǎng)電流的直流分量是非隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的特殊問題。直流分量會導致三相光伏并網(wǎng)逆

2、變器的交流功率、直流功率、直流電壓和直流電流產生工頻波動，交流電流產生二次諧波。本文借鑒單相光伏逆變器中采用虛擬電容法抑制直流分量的思想，將其拓展應用于三相光伏并網(wǎng)逆變器。建立了交流側含有隔直電容的三相光伏并網(wǎng)逆變器數(shù)學模型，證明三相系統(tǒng)中的虛擬電容法在dq坐標下耦合嚴重、實現(xiàn)困難。為此，在 abc-dq混合坐標下提出了一種基于直流分量前饋和比例積分諧振(Proportional Integral Resonant，PIR)控制器的直流

3、分量抑制策略，可有效抑制直流分量、減小直流電壓和電流波動、降低交流電流的二次諧波及總諧波畸變率(Total Harmonic Distortion，THD)。電網(wǎng)電壓畸變導致光伏并網(wǎng)逆變器產生更多的電流諧波。前饋環(huán)路誤差嚴重影響了傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓前饋控制策略的效果。
　　本研究在分析電網(wǎng)電壓前饋環(huán)路誤差的基礎上，建立數(shù)學模型分析前饋環(huán)路誤差對電網(wǎng)電壓前饋控制策略的影響。對傳統(tǒng)重復預測器的傳遞函數(shù)進行化簡，提出一種簡化重復預測器，并對其

4、滯后誤差進行分析。為減小采樣信號失真并配合預測器的線性超前相角特性，對二階巴特沃斯低通濾波器進行設計，實現(xiàn)最平坦幅頻響應和準線性相頻響應。利用設計的二階巴特沃斯低通濾波器和簡化重復預測器，對前饋環(huán)路中的延遲進行有效地補償，減小逆變器輸出電流諧波的同時，可有效抑制啟動電流。分裂輸出逆變器利用分裂電感將同一橋臂的上下兩個SiC MOSFET分離，避免了傳統(tǒng)兩電平逆變器采用 SiC MOSFET時存在的串擾效應、電磁干擾(Electromag

5、netic Interference，EMI)等問題。本文通過實驗研究和理論分析，探究分裂輸出逆變器在基于SiC器件的高開關頻率應用中的優(yōu)點、缺點及挑戰(zhàn)。建立分裂輸出逆變器的數(shù)學模型，證明分裂電感的加入可以有效抑制高開關速度引起的串擾效應。雙脈沖測試結果表明，分裂輸出逆變器可以改善器件開關特性、降低EMI，但同時存在電流續(xù)流問題、分裂電感的電流脈沖和電壓尖峰問題、以及同步整流消失問題。理論計算和實驗結果表明，相比傳統(tǒng)兩電平逆變器，分裂輸

6、出逆變器在高開關頻率下具有較小的功率器件損耗，但分裂電感損耗會將分裂輸出逆變器的整體效率拉低。根據(jù)逆變器是否存在同步整流，可將脈寬調制(Pulse Width Modulation，PWM)方法分為兩類：含同步整流的PWM方法(PWM with Synchronous Rectification，SRPWM)和不含同步整流與電流方向相關的PWM方法(Current Direction related PWM，CDPWM)。為探究一種適合

7、高開關頻率分裂輸出逆變器的簡單PWM方法，分別從輸出諧波、控制和效率三方面進行對比，研究SRPWM和 CDPWM應用于分裂輸出逆變器的優(yōu)缺點。結果表明，除實現(xiàn)過程需要電流方向外，CDPWM相比 SRPWM更適合應用于高開關頻率分裂輸出逆變器。此外，為進一步提高線性調制度，簡化調制波的計算，提出了一種幾何簡化算法的等效空間矢量PWM(Space Vector PWM，SVPWM)。最后，采用幾何簡化算法的等效SVPWM產生調制波，通過CD