计量学院硕士学位论文式，因此，根据光伏阵列的分布以及功率等级，可将光伏并网逆变系统结构分为如下几种集中式。图为集中式结构，该结构的特点是通过大量光伏阵列的串联以及并联，得到较高的直流电压以及功率容量，通过个集中的逆变器并网。通常用于以上的较大功率的并网系统。由于光伏电池输出电压较高，采用单级逆变器，具有结构简单的特点，但由于其采用了阻塞和旁路二极管，增加了功率消耗，同时大量的光伏组件，由于光照阴影而形成光伏电池的热斑，造成能量消耗，且不同光伏组件存在着不同的最大功率点，造成光伏曲线复杂的多波峰，不利于最大功率点跟踪。直流侧电压较高，安全性不高，在系统扩展方面，存在冗余性差的特点。串式结构，如图所示，通过多个光伏电池串联构成光伏阵列，给并网逆变器提供能量的种结构。该结构中的多个光伏电池，仍然存在不同最大功率点，且不能解决“阴影”和“热斑”问题。该结构输出的直流电压可达，功率等级可达几个千瓦，可适用于建筑集成光伏系统。多支路结构，如图所示，该结构通过多个升压变换器分别将多个串联支路的光伏阵列的输出电压升压后汇至直流总线，通过个逆变器实现直流母线电压的逆变并网。其特点是每个支路都有直流变换环节，各支路可独立实现最大功率点跟踪，可防止“阴影”和“热斑”问题。各支路相互独立，增大系统冗余性，方便系统容量的扩大。交流模块式结构，如图所示，为每个光伏阵列配置个独立的带有功能及保护功能的光伏并网逆变器，多个这样独立的并网逆变器连接电网就构成交流模块式光伏发电系统。其特点是独立设计的功能使得光伏电池输出都工作在最大功率点处，极大的提高光伏发电效能，并且减小了“阴影”和“热斑”问题，各个交流逆变模块独立工作，大大提高光伏系统的扩展性和冗余性，实现逆变器并网的“即插即用”的特点。并网逆变器拓扑结构并网逆变器是光伏电池和电网之间的接口，是光伏并网系统能量转换与控制的核心。并网逆变器结构的选择对整个光伏发电系统的安全性发电效率稳定可靠性等具有重要影响。并网逆变器，通常分隔离型和非隔离型二种，隔离型又分为工频隔离和高频隔离二种，非隔离型又可分为单级并网逆变器和多级型并网逆变器。万方数据中国计量学院硕士学位论文工频变压器隔离，如图所示。逆变器把光伏阵列输出的直流电变换成交流电后通过工频变压器耦合到电网。其中工频变压器起到电压隔离与匹配作用，有效防止光伏阵列与电网的直接连接，提高了安全性，同时增大了直流电压供电范围，而且工频变压器，能够有效抑制逆变器因死区控制等因素产生的较小的直流电流进入到电网。同时工频变压器具有体积大，质量大等缺点，增大了整个系统的体积，减小了系统的变换效率，般用于大功率或较大功率的光伏系统。工频变压器图工频变压器隔离光伏逆变并网结构高频变压器隔离型，如图所示。由于工频变压器隔离型的光伏并网逆变系统结构中的工频变压器质量大，体积大，成本高等缺点，使得其在中小功率容量的逆变系统中的应用受到限制。高频隔离型结构很好的解决了这个问题。当前高频变压器隔离型逆变器有两种方式，分别是变换型和变换型，通过高频隔离变压器实现能量在和或者和间的耦合，同时实现光伏组件和电网的隔离。随着电力电子技术的发展，高频隔离型效率可以做到比较高，而且其拓扑结构具有丰富的扩展特性，比较适合于户用等中小功率场合。同时该结构存在着能量的多级变换，电路和控制相对复杂。高频变压器变换型高频变压器变换型图高频隔离型光伏并网逆变系统结构示意图万方数据中国计量学院硕士学位论文单级式并网逆变器拓扑结构如图所示。单级式并网逆变器具有结构简单，变换效率较高，同时要求输入的直流电压值大于逆变输出电网电压峰值。图单级式并网逆变器拓扑结构图两级式光伏并网逆变器拓扑结构两级式并网逆变器拓扑结构，如图所示，该结构中，通过级实现直流侧电压的升压变换以及光伏电池最大功率点跟踪，另级变换实现交流并网，该结构把最大功率点跟踪和交流并网控制独立分开，方便了控制器的设计与实现。并网逆变器控制策略并网逆变器控制策略是实现并网逆变器可靠控制稳定运行的关键。并网逆变器主要有间接电流控制和直接电流控制二种技术。由于间接电流控制是通过控制并网逆变输出电压矢量相位和幅值来达到并网电流控制的，因此控制简单，但是其参考电压通过对电感等计算而来，因此对系统参数的变化较为敏感，其动态响应速度较慢，而且由于没有采用电流的闭环反馈控制，难以保证其输出电流的波形质量。多数情况下并网逆变器采用直接电流控制。光伏并网逆变器存在多种拓扑结构，不考虑光伏逆变系统的最大功率点跟踪，仅从逆变器的变流控制角度来看，三相系统和单相系统控制策略上存在着较大的不同。三相系统的控制策略主要有基于电压定向的直接电流控制基于电压定向的直接功率控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。在基于电压定向的矢量控制中，由于并网逆变器交流电压基本不变，忽略逆变器工作过程中的损耗，直流侧的功率完全传输到交流侧，因此交流侧的输出电流正比于交流侧的输出功率，且轴和轴的电流分量正比于有功功率和无功功率，则通过控制和万方数据中国计量学院硕士学位论文也可达到控制有功和无功的目的，所以基于电压定向的直接电流控制和直接功率控制统称为基于电压定向的矢量控制，如图所示。图为同步参考坐标下电网电压定向的矢量控制框图，为直流电压参考值，为直流电压值，为无功功率参考值，为无功功率，将控制模型变换到同步旋转坐标下，被控量则成为直流量，通过调节器就可以实现电流的无静差控制图为坐标下的电网电压定向的矢量控制，图中为直流电压参考值，为直流电压值，为无功功率参考值，为无功功率，通过变换将系统从三相自然坐标变换到静止两相坐标下，其中的被控量仍为正弦信号，通过比例谐振控制器，可实现对正弦量的无静差跟踪。基于电网虚拟磁链矢量控制和基于电压定向的矢量控制在结构上比较相似，这里不做详细介绍。逆变器电压控制器调制及无功控制器三相电网同步参考坐标下的电网电压定向矢量控制电压控制器逆变器无功控制器调制及三相电网坐标下的电网电压定向矢量控制图基于电网电压定向的矢量控制单相系统并网控制策略有基于同步旋转坐标的并网逆变器控制和基于静止坐标系的并网逆变器控制二种，在静止坐标系下通常采用及调节的双环控制和比例谐振多环控制。基于同步旋转坐标的单相逆变器并网控制，如图万方数据中国计量学院硕士学位论文所示，图中为直流电压参考值，为直流电压值，为电容电流，为逆变器并网输出电流。单相交流系统只存在个自由度，通过度相移的全通滤波器构建个与正交的信号形成类似与三相系统在坐标下的分量，通过变换后输出电流为直流量，对直流量可通过调节实现无静差跟踪，调节后通过反变换得到调制信号。该方法的关键在于正交信号的构建。发生器比例调节器调节器图基于同步旋转坐标的单相逆变器控制框图锁相环发生器图基于及调节的单相并网逆变器双环控制框图基于及调节的双环控制，如图所示，在静止坐标下，通常采用及调节器的直流电压外环逆变器输出电流内环的双环控制方法，这里外环万方数据硕士学位论文基于时域分析法的光伏并网逆变模块研究作者蔡文导师谢岳教授学科检测技术与自动化装置中国计量学院二〇四年六月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文基于时域分析法的光伏并网逆变模块研究作者蔡文导师谢岳教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业检测技术与自动化装置研究方向电力电子技术二〇四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢本论文是在我的导师谢岳教授的悉心指导下完成的。谢老师广博的学术造诣，严谨的治学态度渊博的知识，不断进取的精神，是我终身学习的楷模。论文的选题研究方法整体大局的研究方向和研究思路等方面，谢老师给了我悉心的指导。三年间，谢老师提供了我非常好的学习实验环境和实验动手的机会，让我增强了理论知识，提高了软硬件设计以及实验系统整体的设计能力。生活上和学习上都得到了谢老师热心的关心和爱护，老师培养了我独当面独立思考和解决问题的能力。在此向培养我关心我的谢老师致以由衷的感谢。感谢杨晨徐攀师兄，李银师姐，陈思语冉祎潘伟玲师妹，于自溪师弟在学习和生活上给予我帮助。感谢室友高选幸韩昊在生活上的相互照顾与帮助。感谢我的父母及家人，感谢你们无私的关爱以及在背后给予我最大的支持和鼓励！蔡文年月万方数据基于时域分析法的光伏并网逆变模块研究摘要能源的发展和利用越发成为人类社会发展的瓶颈，开发可持续发展的绿色能源势在必行。光伏发电因其独有特点成为最具前景的绿色能源之，因此光伏发电成为学者们研究的个重要方向，而并网逆变系统是光伏发电的关键环节。由于电网的感性负载和非线性负载大量使用，电网的无功消耗变大谐波污染也日趋严重，这对电网线路及用电设备带来不同程度的危害。光伏并网逆变器输出有功功率的同时，可以对负载的无功谐波电流进行补偿，实现这种补偿的关键有快速的电流有功无功和谐波分量检测法指令电流合成法，实现负载电流无功及谐波补偿，提高并网逆变器利用率逆变器拓扑结构及其控制策略，实现并网逆变器输出电流无静差控制及系统快速的响应特性。本文首先对光伏发电发展状况与应用前景光伏并网逆变系统主要技术进行了综述，然后介绍单相全桥逆变电路的拓扑结构，在此结构下，对并网逆变器输出方式调制方式等效的数学模型以及有功和无功电流的补偿进行分析。在单相全桥逆变电路的拓扑结构下，提出种基于时