三相非隔離型光伏逆變器的控制技術(shù)及SiC器件應(yīng)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(yùn)行，同時(shí)也是影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)使用壽命的主要因素。本文針對(duì)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(shí)的并網(wǎng)優(yōu)化分別提出了有效的控制方法，并將開(kāi)關(guān)速度快、耐壓高、損耗低的新型碳化硅(Silicon Carbide，SiC)器件應(yīng)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(wèn)題。直流分量會(huì)導(dǎo)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(chǎn)生工頻波動(dòng)，交流電流產(chǎn)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(yīng)用于三相光伏并網(wǎng)逆變器。建立了交流側(cè)含有隔直電容的三相光伏并網(wǎng)逆變器數(shù)學(xué)模型，證明三相系統(tǒng)中的虛擬電容法在dq坐標(biāo)下耦合嚴(yán)重、實(shí)現(xiàn)困難。為此，在 abc-dq混合坐標(biāo)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(dòng)、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(dǎo)致光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生更多的電流諧波。前饋環(huán)路誤差嚴(yán)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(chǔ)上，建立數(shù)學(xué)模型分析前饋環(huán)路誤差對(duì)電網(wǎng)電壓前饋控制策略的影響。對(duì)傳統(tǒng)重復(fù)預(yù)測(cè)器的傳遞函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，提出一種簡(jiǎn)化重復(fù)預(yù)測(cè)器，并對(duì)其

4、滯后誤差進(jìn)行分析。為減小采樣信號(hào)失真并配合預(yù)測(cè)器的線性超前相角特性，對(duì)二階巴特沃斯低通濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最平坦幅頻響應(yīng)和準(zhǔn)線性相頻響應(yīng)。利用設(shè)計(jì)的二階巴特沃斯低通濾波器和簡(jiǎn)化重復(fù)預(yù)測(cè)器，對(duì)前饋環(huán)路中的延遲進(jìn)行有效地補(bǔ)償，減小逆變器輸出電流諧波的同時(shí)，可有效抑制啟動(dòng)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(gè)SiC MOSFET分離，避免了傳統(tǒng)兩電平逆變器采用 SiC MOSFET時(shí)存在的串?dāng)_效應(yīng)、電磁干擾(Electromag

5、netic Interference，EMI)等問(wèn)題。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)頻率應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及挑戰(zhàn)。建立分裂輸出逆變器的數(shù)學(xué)模型，證明分裂電感的加入可以有效抑制高開(kāi)關(guān)速度引起的串?dāng)_效應(yīng)。雙脈沖測(cè)試結(jié)果表明，分裂輸出逆變器可以改善器件開(kāi)關(guān)特性、降低EMI，但同時(shí)存在電流續(xù)流問(wèn)題、分裂電感的電流脈沖和電壓尖峰問(wèn)題、以及同步整流消失問(wèn)題。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)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(kāi)關(guān)頻率下具有較小的功率器件損耗，但分裂電感損耗會(huì)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(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)方法分為兩類(lèi)：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(guān)的PWM方法(Current Direction related PWM，CDPWM)。為探究一種適合

7、高開(kāi)關(guān)頻率分裂輸出逆變器的簡(jiǎn)單PWM方法，分別從輸出諧波、控制和效率三方面進(jìn)行對(duì)比，研究SRPWM和 CDPWM應(yīng)用于分裂輸出逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)果表明，除實(shí)現(xiàn)過(guò)程需要電流方向外，CDPWM相比 SRPWM更適合應(yīng)用于高開(kāi)關(guān)頻率分裂輸出逆變器。此外，為進(jìn)一步提高線性調(diào)制度，簡(jiǎn)化調(diào)制波的計(jì)算，提出了一種幾何簡(jiǎn)化算法的等效空間矢量PWM(Space Vector PWM，SVPWM)。最后，采用幾何簡(jiǎn)化算法的等效SVPWM產(chǎn)生調(diào)制波，通過(guò)CD