非隔离型Z源光伏并网逆变系统关键技术的研究

Z-source inverter is a single-stage system. It has some advantages such as simple structure, high reliability of the inverter for avoiding influence of the shoot-through by EMI,and small output waveform distortion. Especially, this topology applies to the occasions of large rang input voltage such as PV power generation, etc. However, the existing z-source grid-connected PV inverters include a line transformer in the power-conversion stage, which guarantees galvanic isolation between the grid and the PV system. Because of its low frequency (50-60 Hz), the transformer is big, heavy, and expensive. And more to the point, it reduces the overall efficiency of the conversion stage. Therefore, the study of transformerless z-source grid-connected PV inverter has significant theoretical and practical value.. According to key technique of common-mode current and dc component suppression, a novel cluster of z-source transformerless grid-connected PV inverter topologies and the corresponding modulation strategies are proposed. In this project, the control strategy of z-source transformerless grid-connected PV inverter will be optimized to realize decoupling control between dc side and ac side, and complete high flexiblity to change modes between boost and buck. The stability of grid-connected PV inverter system is analyzed. Then on this basis, the influence of z-source network parameters, commutation process of switching devices, output current ripple and harmonics upon the efficiency of the system will be analyzed. Accordingly, the novel control method for improving efficiency can be obtained. This project will lay the foundation for the wide application of z-source grid-connected PV inverter system, and provide the technical support and theoretical guidance for designing transformerless grid-connected PV inverter system.

单功率级Z源逆变器因其结构简单、输出波形畸变小等优点，非常适用于光伏发电等输入电压变化范围较大的场合。但是，现有的Z源并网逆变器需要采用额外的工频变压器进行电气隔离，从而增加了系统的成本、体积、重量并降低了系统的效率。因此，研究非隔离型Z源光伏并网逆变器具有重要的理论和实际应用价值。.申请者拟从抑制共模电流和直流分量的关键技术入手，提出一簇新型的非隔离型Z源光伏并网逆变器拓扑结构和相应的调制策略。完善系统控制策略，实现直流侧与交流侧的解耦控制和升降压工作模态的柔性切换, 保证系统的稳定运行。在此基础上,研究Z源网络参数、功率器件的开关换流过程、电流纹波和并网电流的THD对逆变器效率的影响，从而得到提高系统效率的有效控制方法。本项目的研究成果将为低成本、高效率、高可靠性的Z源光伏并网逆变系统的广泛应用奠定基础，也为非隔离型光伏并网逆变系统的设计提供技术支持和理论指导。

单功率级Z源逆变器因其结构简单、输出波形畸变小等优点，非常适用于光伏发电等输入电压变化范围较大的场合。但是，现有的Z源并网逆变器需要采用额外的工频变压器进行电气隔离，从而增加了系统的成本、体积、重量并降低了系统的效率。因此，研究非隔离型Z源光伏并网逆变器具有重要的理论和实际应用价值。.申请者拟从抑制共模电流和直流分量的关键技术入手，提出新型非隔离型Z源光伏并网逆变器拓扑结构和相应的调制策略,并分析了开关管结电容对共模电压的影响。研究Z源网络参数、功率器件的开关换流过程，对比分析单相非隔离型Z源逆变器与传统Z源逆变器在开关应力和系统损耗两方面的差异。提出一种新的控制算法来抑制直流分量的输出，使用两个补偿环节分别抑制由于调制脉宽不对称和并网电流检测误差导致的直流分量。在传统Y源逆变器的基础上增加了一个电感和一个电容，提出一种新型Y源逆变器拓扑结构。改进Y源逆变器不仅解决了传统Y源逆变器输入电流不连续的问题，而且减小漏感对逆变系统的影响，电压升压比进一步提高，同时各元件的电压应力与传统Y源逆变器一致。 .逆变器运行包括孤岛和并网两种模式，二者的无缝切换是保证负载持续不间断供电、改善电能质量、提高供电灵活性和可靠性的关键，具有重要的研究意义。针对低压电力线的阻抗的特点，采用适用于阻性情况下的下垂方程，保证有功功率和无功功率能够进行充分的解耦控制。提出了光伏逆变器电压型并网控制策略，在阻性下垂控制的基础上增加了功率环或直流母线电压环，解决了电压控制型逆变器并网功率易受电网波动影响等问题，增强了光伏逆变器对功率的控制能力，满足了始终以最大有功功率并网和维持直流母线电压稳定的要求。提出了模式切换控制策略，基于下垂理论实现了预同步功能，保证了切换过程的平滑过渡。.本项目的研究成果将为低成本、高效率、高可靠性的Z源光伏并网逆变系统的广泛应用奠定基础，也为非隔离型光伏并网逆变系统的设计提供技术支持和理论指导。同时，研究成果能够有效提高能源利用率，提高负载供电可靠性，保证了切换过程的平滑无冲击，为微网实际工程做好控制方面的理论和技术储备。