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| 三电平光伏逆变器 摘 要 太阳能发电中一种重要的技术就是光伏发电技术，其中关键的环节就是光伏并网，随着当前控制方法的数字化、逆变器性能的优化、功能化、模块化、小型化以及模组化，控制策略更为集中可靠，具有较高的鲁棒性，增加了实际发电中逆变器的适应性以及灵活性。本文主要对非隔离型二极管箝位结构逆变器进行了研究。由于现在光伏发电量逐渐增加，要求逆变器具有良好的可靠性、高的工作效率、低的生产成本，而能够达到这些要求的一种逆变器就是三电平逆变器，其能够承受较大的电压，输出电压中仅含有少量的谐波，基本不会发生电压基本现象，因此输出的电压都是正弦波，在使用时无需安装高频或者工频变压器件，体积小，重量轻，制造成本低。但是在其工作过程中会产生共模电压，对系统元件的工作产生电磁干扰和传导干扰，降低了系统元件的寿命，并且对现场工作人员的人身安全造成影响，本文针对该问题，进行了如下研究： （1）首先通过查阅文献，对当前所使用的三电平逆变器结构进行了总结，对共模电压的形成以及危害展开了讨论，提出两种控制共模电压产生的策略：一是有源策略，二是无源策略。 （2）接下来对三电平逆变器NPC结构进行讨论，对这种结构逆变器的工作原理以及工作流程、换流过程进行解释，基于此创建了共模电压模型，并讨论共模电压产生机理。 （3）主要对SPWM调制方法进行讨论，从傅立叶变换角度上对共模电压的产生进行了讨论，并且空间变量控制策略进行了介绍。由于空间变量控制策略具有较高的利用效率，因此在逆变器调制过程中具有广泛的应用，但是这种调制策略 = ，产生的共模电流频率高，对系统其他元件具有较大电磁干扰。反相载波能够降低共模电压，但是这种调制方法中点电位会出现偏移以及波动，电压使用效率低。本文通过将上述调制方法结合起来，设计出无小矢量的调制方法，这种方法能够有效降低共模电压，消除了中点电位偏移和波动的情况，提高了电压利用效率。 （4）另外，本论文从硬件设备角度上对共模电压的抑制进行了讨论，通过对LCL滤波器的改进，把滤波电流和直流电流相汇合，这样就可以有效减少逆变器产生的共模电压，之后对LCL滤波器关键参数的选择进行了讨论。 （5）本文在静止三相坐标系中对三电平逆变器进行了研究，将三相逆变器模型转换到两相中，对逆变器控制系统进行讨论。 （6）设计了三电平NPC结构逆变器，并且通过仿真实验对本文讨论的无小矢量调制方法进行了验证。 关键词：光伏并网逆变器；共模电压抑制；共模电流；调制策略；LCL滤波器 目 录 1 绪论 1 1.1 课题研究背景及意义 1 1.2 三电平逆变器拓扑结构 2 2 非隔离型三电平光伏并网逆变器及其共模电压分析 3 2.1 引言 3 2.2 三电平逆变器拓扑结构 3 2.3 三电平逆变器工作原理 4 2.4 共模电压产生机理 6 3 基于调制策略的三电平光伏逆变器共模电压抑制 8 3.1 引言 8 3.2 共模电压表达式 8 3.3 三电平SPWM调制策略及其共模电压分析 8 3.4 空间矢量调制策略及其共模电压分析 11 3.5 一种无小矢量合成的调制策略及其共模电压抑制 17 3.5.1 矢量的合成原则及共模电压抑制分析 17 3.5.2 其他输出特性分析 19 4 中点电位平衡控制分析 21 4.1 引言 21 4.2 从空间矢量作用原理分析 21 4.3 从有功和无功分量作用原理分析 23 4.4 中点电位与有功和无功的关系 26 4.4.1 中点电流的 Park 变换 26 4.4.2 中矢量作用下中点电位与有功和无功的关系 26 4.4.3 小矢量作用下中点电位与有功和无功的关系 27 4.5 引言 29 4.6 三电平变流器虚拟矢量控制算法 30 4.6.1 虚拟矢量合成的基本思想 30 4.6.2 虚拟矢量的调制算法 31 4.6.3 虚拟矢量调制算法下的中点电位平衡控制 33 5 实验 35 5.1三电平光伏并网逆变器的实验平台 35 5.2 三电平光伏并网逆变器的实验数据 35 5.2.1 三电平逆变器并网电压、电流实验波形 35 5.2.2 不同调制策略下的共模电压实验波形 37 5.3 三电平光伏并网逆变器的数据分析 38 5.4 中点平衡实验和结果分析 38 5.4.1 SVPWM 控制算法和中点电位平衡实验 38 5.4.2 验证虚拟矢量法对中点电位的控制 39 6 总结 41 参考文献 42 |
