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基于电力电子技术的并网逆变器作为整个光伏并网发电系统的核心装置,在光伏并网系统起着能量转换的关键性作用。虽然大规模光伏并网发电是目前研究的热点和未来发展的趋势,但是小功率单相光伏并网逆变器在将来的发展中仍然有它的重要性,尤其是在户用系统和光伏建筑一体化中仍然扮演着重要的角色。
本文重点以单相光伏逆变器作为研究对象,理论结合实际对单相并网逆变器的原理、控制、关键性技术给予了详细的分析与研究。本文首先回顾了单相并网逆变器拓扑发展的研究过程。对各种拓扑的特点和优缺点进行了详细的分析,尤其是针对商业化并网逆变器的拓扑和仍然处于实验室研究阶段的拓扑进行了对比分析。对单相并网逆变器中最新的商业化逆变器拓扑给予了介绍。另外针对超大功率并网的发展趋势对三相并网逆变器的拓扑给予简要的介绍。
本文在回顾了单相拓扑的基础上,有针对性的重点的对单相并网的逆变器关键性技术分别进行了分类研究。针对单相并网的控制策略上,总结性的介绍了目前常用的电流控制策略,对每种控制策略的优缺点进行了详细的分析。在最大功率跟踪的问题上,首先回顾了二种基本的最大功率跟踪方法,指出在传统的方法上最大功率跟踪有可能失败的原因并给出解决方案。针对天气的突变,提出了一种改进的扰动观察法以及瞬时功率比较的方法来解决此问题。在孤岛效应以及反孤岛策略的问题上,采取的是一种改进的主动频移的方法,在不影响孤岛响应时间的前提下,改善了并网电流波形的质量。在电磁兼容方面,首先分析了系统共模干扰和差模干扰产生的机理,针对共模干扰的问题从主电路的拓扑和开关的调制策略二个方面分别给出了详细的分析,并在这基础上进行了仿真研究。
本文结合拓扑的研究,选定一种商业化的高频隔离并网逆变器作为实验的对象。重点研究了前级DC-DC、后级DC-AC的主电路参数的设计。对电流环分别采用了滑模控制和传统的PI控制,对比了这二种控制策略下的优缺点。对控制策略的有效实施首先进行了系统的Matlab全仿真。最后在仿真以及前述的理论分析基础上研制了一台2.5kw单相高频隔离并网逆变器,并给出了相关的实验数据和实验结果。