级联H桥光伏并网逆变器及其稳定运行控制技术研究

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相比传统两电平逆变器,级联H桥型逆变器具有系统效率高、输出电流谐波含量低、体积小、模块化易拓展等优势,而相比其他多电平逆变器,其还可以用最少的功率器件获得最大的输出电平数。除此以外,具有组件级MPPT以及组件级关断等独特优势使得级联H桥并网逆变器非常适合用于光伏发电应用场景。然而,光伏逆变器能够正常并网发电的前提是系统的稳定运行。一方面,受光照强度与环境温度的影响,各H桥单元直流侧光伏组件输出功率可能不同,为保证发电量和并网电流质量,必须采用相应的功率均衡控制策略来保证并网逆变器在功率不均衡条件下自身的稳定工作。另一方面,由于远距离输电以及大规模电力电子设备接入,电网公共耦合点对外呈感性的弱电网特性,因此必须保证逆变器与弱电网形成的并网系统能够稳定运行。为此,本文针对级联H桥光伏并网逆变器进行了以下研究工作:(1)介绍了级联H桥并网逆变器的基本工作原理,对比了不同调制策略下级联H桥逆变器输出电压特性以及不同的系统级并网控制策略。(2)基于最大输出功率的H桥单元能够实现的基波调制度,将现有的功率均衡控制策略进行全面的总结与分析。结合准方波调制与箝位正弦波调制,提出了一种优化的箝位正弦波调制,在保证最大基波调制度为4/π的同时减小了调制信号中注入的谐波含量。(3)对级联H桥并网逆变器输出阻抗进行了建模,详细推导了混合调制与载波移相调制策略下的控制环路等效延时,在此基础上对弱电网下并网系统稳定性进行了分析。采用了一种相角补偿策略增强了含谐波电流抑制的并网逆变器在弱电网下的稳定性。(4)通过MATLAB/Simulink和实验平台验证了优化的功率均衡控制方法和相角补偿控制方法的有效性和可行性。
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