【摘 要】
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单相非隔离型逆变器由于其体积小、重量轻、成本低、效率高等优势在中小功率的光伏并网系统中得到广泛应用。然而,由于其结构中不存在变压器,光伏电池与电网之间存在电气连接,当逆变器工作时,共模回路中将出现高频变化的共模电压,在光伏系统中激发共模电流/漏电流。漏电流的存在将会增加并网电流谐波和系统损耗,甚至威胁到人员和设备安全,是单相非隔离型逆变器投入应用前必须解决的关键科学问题。对此,本文研究了一种具有漏
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单相非隔离型逆变器由于其体积小、重量轻、成本低、效率高等优势在中小功率的光伏并网系统中得到广泛应用。然而,由于其结构中不存在变压器,光伏电池与电网之间存在电气连接,当逆变器工作时,共模回路中将出现高频变化的共模电压,在光伏系统中激发共模电流/漏电流。漏电流的存在将会增加并网电流谐波和系统损耗,甚至威胁到人员和设备安全,是单相非隔离型逆变器投入应用前必须解决的关键科学问题。对此,本文研究了一种具有漏电流抑制功能的双模式非隔离型逆变器,为太阳能并网技术提供新型应用选择。本文主要研究工作及创新点如下:（1）建立了非隔离型逆变器共模电路模型,推导出了系统总共模电压表达式。分析了漏电流产生的根本原因为高频变化的共模电压在光伏系统中激发共模电流/漏电流,确定了漏电流抑制的根本措施为保持共模电压恒定。随后以全桥并网逆变器为例,分析了采用单极性脉冲宽度调制技术和双极性脉冲宽度调制技术两种情况下的漏电流,证明了在输出滤波电感对称的前提下采用双极性脉冲宽度调制技术可以有效的抑制漏电流。此外,讨论了共地型逆变器的漏电流抑制能力,为后续研究提供理论基础。（2）提出了一种双模式非隔离型逆变器及其控制策略。提出的逆变器电网中性点与光伏负极直接相连,属于共地型拓扑,具有天然的漏电流抑制能力。模式1表现为buck特性,模式2表现为buck-boost特性,巧妙地将不同的DC-DC电路进行了有机整合,打破了传统逆变器仅工作于buck/boost电路模式的束缚。介绍了提出的逆变器的拓扑结构和工作原理,建立了不同模式下的状态空间平均模型。针对提出的逆变器两种电路模式之间需要不断切换的特性,设计了不同模式下的控制器,确定了各模式的运行区间和切换点,实现了不同电路模式之间控制的平滑过渡。（3）根据纹波等性能指标与不同模式下器件的工作情况设计了提出的逆变器的电路参数,确定了器件选型。为了评估提出的逆变器的性能,分析了逆变器损耗分布情况,并将其分别与半Z源逆变器和其它共地型逆变器进行了比较。比较结果表明提出的逆变器与半Z源逆变器相比具有电压应力低、损耗低、滤波电感需求小等优点;与其它共地型逆变器相比,提出的逆变器在器件数量、总电压应力、效率等方面都具有一定的竞争力,可以作为光伏应用的可靠备选。（4）进行了仿真和实验验证,验证了提出的逆变器及其控制策略的正确性和有效性。在SIMULINK/MATLAB平台搭建了仿真模型,稳态过程仿真和动态过程仿真验证了提出的逆变器和控制策略的可行性与参数设计的正确性。随后,搭建了一台500 W的实验样机进行实验验证,稳态实验输入输出波形良好,电网电流的谐波畸变率为3.29%,满足并网要求,提出的逆变器稳态性能良好。测量所得漏电流有效值仅为3.17 m A,远远小于国际标准300 m A,提出的逆变器漏电流抑制效果优异。暂态实验波形功率等级突变处无明显畸变,提出的逆变器动态性能良好。不同功率点下的转换效率测量结果表明提出的逆变器在较宽工作范围内可以高效运行。最后,对论文的主要工作内容进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望,包括扩宽输入电压范围、统一模式控制以及工业化应用等。图61幅,表8个,参考文献67篇
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