非隔离光伏并网逆变器及其控制技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢少军 著

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• 并网逆变器
• 非隔离逆变器
• 电力电子
• 控制技术
• 新能源
• 电力系统
• 谐波控制
• 电能质量
• 微电网

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121309069

版次：1

商品编码：12151198

包装：平装

丛书名： 新能源电能变换与控制技术丛书

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：轻型纸

页数：184

字数：294000

正文语种：中文

内容简介

本书以光伏并网逆变器为对象，结合作者自身的研究和工作经验，对并网逆变器的漏电流抑制技术及高电能质量电流控制技术进行了系统深入的介绍，包括：漏电流抑制技术、进网滤波器设计、直流侧控制技术、进网电流控制技术以及锁相环技术等。此外，深入讨论了实际应用场合中并网逆变器存在的各种非理想因素（包括死区、功率管开通关断延时和导通压降、逆变器桥臂不对称、电网电压谐波、电网阻抗以及电网电压不平衡等）对电能质量与系统可靠性的不利影响及抑制策略。

作者简介

谢少军，博士，南京航空航天大学自动化学院教授，博士生导师，南京航空航天大学航空电源重点实验室副主任者。主要从事电力电子功率变换技术研究，承担专业领域多项科研项目研究，获得省部级科技奖多项。

目录

第1章 绪论 1
1．1 光伏发电 1
1．2 光伏并网发电系统 2
1．2．1 集中式 3
1．2．2 串式和多串式 3
1．2．3 交流模块式 3
1．3 光伏并网逆变器 4
1．3．1 工频隔离型 4
1．3．2 高频隔离型 4
1．3．3 非隔离型 5
1．4 非隔离光伏并网逆变器关键技术 6
1．4．1 漏电流抑制技术 6
1．4．2 入网滤波器 7
1．4．3 直流侧控制技术 8
1．4．4 进网电流控制技术 10
1．4．5 锁相环技术 12
1．4．6 非理想电网的影响 13
1．5 本书的主要内容 14
第2章 光伏并网逆变器的漏电流抑制技术 16
2．1 概述 16
2．2 桥式逆变拓扑漏电流系统化分析模型 17
2．3 漏电流抑制途径 21
2．4 常见单相桥式逆变拓扑漏电流抑制机理分析 22
2．4．1 采用抑制途径A的桥类逆变拓扑 22
2．4．2 采用抑制途径B的桥类逆变拓扑 31
2．4．3 采用抑制途径C的桥类逆变拓扑 35
2．4．4 常见单相桥式逆变拓扑小结 42
2．5 单相非隔离桥式逆变拓扑的构造 42
2．5．1 改进型H5拓扑 43
2．5．2 改进型Heric拓扑 44
2．5．3 H5变化拓扑1的改进 44
2．6 三相并网逆变器的漏电流抑制 45
2．6．1 采用抑制途径A的拓扑 45
2．6．2 采用抑制途径B的拓扑 46
2．7 本章小结 48
第3章 光伏并网逆变器的入网滤波器 49
3．1 概述 49
3．2 L滤波器及参数设计 49
3．2．1 L滤波器结构 49
3．2．2 设计依据 50
3．2．3 设计实例 51
3．3 LCL滤波器及参数设计 52
3．3．1 LCL滤波器结构 52
3．3．2 设计依据 53
3．3．3 设计实例 55
3．4 LLCL滤波器及参数设计 63
3．4．1 LLCL滤波器结构 63
3．4．2 设计依据 64
3．4．3 设计实例 65
3．5 本章小结 68
第4章 光伏并网逆变器的直流侧控制技术 69
4．1 概述 69
4．2 最大功率点跟踪（MPPT）控制 69
4．2．1 恒定电压法 70
4．2．2 电导增量法 71
4．2．3 扰动观察法 73
4．3 NPC半桥逆变器直流侧电容电压均衡控制 74
4．3．1 NPC半桥逆变器等效电路 74
4．3．2 电容电压自平衡机理 77
4．3．3 闭环控制对电容电压均衡的影响 86
4．3．4 电容电压均衡控制 89
4．3．5 半桥并网逆变器均压控制策略 93
4．4 本章小结 94
第5章 光伏并网逆变器的电流控制技术 96
5．1 概述 96
5．2 单L滤波并网逆变器的电流控制技术 96
5．2．1 电流控制的稳定性 97
5．2．2 基波电流跟踪 99
5．2．3 进网电流谐波失真的原因 101
5．2．4 进网电流低频谐波抑制 106
5．2．5 典型的三相L滤波并网逆变器电流控制 108
5．3 LCL滤波并网逆变器的谐振现象 110
5．3．1 LCL滤波器固有谐振 110
5．3．2 单进网电流闭环控制 111
5．3．3 单逆变器侧电流闭环控制 113
5．4 LCL滤波并网逆变器的无源阻尼技术 115
5．5 LCL滤波并网逆变器的有源阻尼技术 117
5．5．1 有源阻尼控制机制 117
5．5．2 基于附加单变量反馈的有源阻尼 118
5．5．3 前向通路附加数字滤波器的有源阻尼 127
5．6 LCL滤波并网逆变器的多变量反馈控制技术 128
5．6．1 基于零点配置的控制技术 129
5．6．2 基于极点配置的控制技术 140
5．7 LCL滤波并网逆变器的低频谐波电流抑制技术 144
5．7．1 低频谐波的抑制方案 144
5．7．2 谐波抑制的分析模型 145
5．7．3 电网电压谐波的影响 146
5．7．4 逆变器桥臂输出电压扰动的影响 148
5．8 本章小结 150
第6章 光伏并网逆变器的锁相技术 151
6．1 概述 151
6．2 电网电压过零点检测法 152
6．3 数字锁相环技术 152
6．3．1 三相数字锁相环 153
6．3．2 单相数字锁相环 158
6．4 不平衡电网下的数字锁相环 162
6．5 本章小结 167
参考文献 168

前言/序言

能源问题备受世界各国关注。加快发展风能、太阳能、生物质能等可持续能源是我国“十一五”、“十二五”规划明确提出的任务。近年来，光伏并网发电系统的应用虽然发展迅速，但其规模化发展还是受到了一定的制约，其主要原因之一在于经济性仍有待提高。提高光伏发电系统的经济性，除了提高光伏电池的光电转换效率外，发展高效、低成本的逆变器结构和高性能的逆变器控制技术是可行的突破口。

并网逆变器作为光伏发电系统中的核心电能变换装置，其主要组成包括逆变功率模块、进网滤波器以及逆变器控制系统等。特别地，非隔离光伏并网逆变器结构不含变压器，拥有变换效率高以及体积小、质量轻和成本低等优势，但是光伏电池板与电网之间存在电气连接，由功率器件高频开关动作以及电路寄生参数导致的共模电流（也称漏电流）可能会大幅增加而造成安全隐患。因此，提高光伏利用效率、降低成本以及优化电能质量的关键在于非隔离并网逆变器拓扑与控制技术，包括漏电流抑制技术、进网滤波器设计、直流侧控制技术、进网电流控制技术以及锁相环技术等。同时，在实际应用场合中，并网逆变器存在的各种非理想因素（包括死区时间、功率管开通关断延时和导通压降、逆变器桥臂不对称、电网电压谐波、电网阻抗以及电网电压不平衡等）严重影响电能质量与系统可靠性。本书以光伏并网逆变器为对象，结合作者自身的研究和工作经验，对并网逆变器的漏电流抑制技术及高电能质量电流控制技术进行了系统深入的介绍。所介绍的新型非隔离逆变器电路拓扑及提出的控制技术都经过了实验验证，书中给出了详细的理论分析并给出了部分控制方法的仿真结果，方便读者理解并做更为深入的分析和验证，不仅对科研工作者，对相关领域的工程技术人员也有很好的参考价值。

全书共有6章，各章内容安排如下：第1章对目前主流的光伏并网发电系统结构及逆变器拓扑结构的发展现状、非隔离并网逆变器的漏电流抑制技术、直流侧控制技术以及并网侧控制技术进行了简要的介绍；第2章着重介绍并网逆变器的漏电流抑制技术，建立了适用于桥式拓扑逆变器的漏电流统一分析模型，总结了一些抑制甚至消除漏电流的方法，推演了一些新型的低漏电流非隔离并网逆变器拓扑结构；第3章介绍适用于非隔离光伏并网逆变器的L、LCL以及LLCL等进网滤波器结构及其参数设计方法，给出了一些设计实例供读者参考；第4章介绍并网逆变器的直流侧控制技术，包括光伏电池最大功率追踪技术和半桥类逆变器的电容电压均衡控制；第5章详细介绍了并网逆变器的进网电流控制技术，包括基波跟踪及低频谐波抑制技术，尤其针对LCL滤波器的谐振问题，深入分析了单电流闭环控制的局限性，分析了可抑制LCL滤波器谐振的有源阻尼技术的控制机制，系统地介绍了基于单变量反馈的谐振抑制技术以及基于多变量反馈零点配置与极点配置的谐振抑制技术；第6章介绍适用于单相以及三相并网逆变器的锁相技术，尤其针对不平衡电网条件，详细介绍一些具有良好适应性的锁相环，以供读者参考。

本书是在许爱国、汤雨、肖华锋、许津铭、杨晨等博士研究生及阚加荣、过亮、徐志英、丰瀚麟、黄如海、石祥花、唐婷、张晓蕊、季林等硕士研究生研究工作的基础上总结而成的，由谢少军编写第1~2章，许津铭编写第3~6章，全书由谢少军负责统筹和定稿。在编写本书过程中，钱强、张斌锋、季林等研究生做了大量编辑和校对工作，除前述提及的参与这些课题具体研究工作的研究生外，作者的其他研究生也在本书相关技术的研究中奉献了智慧和辛勤劳动，在此一并表示感谢。

本书的部分内容是在国家自然科学基金（项目号：51077070、51477077）的资助下完成的，在此深表谢意。

本书可供光伏、风力等可再生能源并网发电领域的科研工作者和工业实践开发人员参考，也可作为电力电子与电力传动高年级本科生和研究生的学习参考书。

由于作者水平有限，且编写时间仓促，而并网逆变器的拓扑及控制技术仍在快速发展之中，书中难免有不足和错误之处，敬请读者批评指正。

编著者

2017年1月

《非隔离光伏并网逆变器及其控制技术》 内容简介： 本书系统阐述了非隔离光伏并网逆变器的核心理论、关键技术及工程应用。书中不仅深入剖析了非隔离拓扑结构的设计原理、工作模式及优势，还详细介绍了适用于不同场景下的直流升压与隔离功能集成技术。 核心内容涵盖： 非隔离拓扑研究： 详细解析了多种主流非隔离光伏并网逆变器拓扑，如Boost型、SEPIC型、ZVS/ZCS软开关拓扑等。重点分析了各拓扑在功率密度、效率、成本、EMI等方面的性能特点，以及其适用于不同光伏阵列配置的选型依据。 关键器件选型与设计： 针对非隔离逆变器的工作特性，系统阐述了功率开关器件（MOSFET、IGBT）、高频变压器（若采用）、电感、电容等关键元器件的选型原则与设计方法。强调了如何通过合理的器件选择来优化效率、降低损耗、提高可靠性。 最大功率点跟踪（MPPT）技术： 全面介绍了多种常用的MPPT算法，包括扰动观察法（P&O）、电导增量法（INC）、模糊逻辑控制（FLC）、神经网络控制（NNC）等。深入分析了不同算法在响应速度、跟踪精度、鲁棒性、计算复杂度等方面的优缺点，并结合非隔离拓扑的特点，探讨了如何优化MPPT算法以最大化光伏阵列能量输出。 并网控制策略： 详细阐述了非隔离光伏并网逆变器并网所需的核心控制技术，包括电压定向控制（VSC）、电流定向控制（CSC）等。重点介绍了如何实现零电压穿越（ZVT）、零电流穿越（ZCT）等，以满足电网对逆变器穿越故障的要求。同时，深入研究了同步锁相环（PLL）在并网中的作用，以及各种PLL算法的原理与应用，确保逆变器能够快速、精确地跟踪电网电压相位。 电网适应性与保护： 深入探讨了非隔离逆变器在不同电网条件下的运行特性，包括电压畸变、频率波动、缺相故障等。详细介绍了逆变器所需的各项保护功能，如过压、欠压、过流、短路、接地故障保护等，并分析了各种保护策略的实现方式，确保逆变器在各种异常工况下的安全可靠运行。 电磁兼容性（EMC）设计： 针对非隔离逆变器中存在的电磁干扰问题，本书提供了详细的EMC设计方法和降噪技术。包括PCB布局优化、滤波电路设计、屏蔽技术等，旨在满足国际和国内的EMC标准要求。 集成与模块化设计： 探讨了非隔离逆变器在集成度和模块化方面的设计思路。介绍了如何将升压、滤波、控制等功能集成到一个紧凑的单元中，以及模块化设计在降低成本、提高可靠性和方便维护方面的优势。 工程应用与实例分析： 结合实际工程项目，本书提供了多个非隔离光伏并网逆变器应用的案例分析。包括户用光伏系统、商用屋顶电站、大型地面电站等不同规模的应用场景。通过实际案例，读者可以更直观地理解书中理论技术的应用价值和工程实现的关键点。 本书内容翔实，理论与实践相结合，旨在为从事光伏发电系统设计、逆变器研发、电力电子技术研究的工程师、技术人员及相关专业的研究生提供一本全面、实用的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值还在于其前瞻性。光伏发电技术发展日新月异，对于逆变器的要求也越来越高。书中不仅关注了当前主流的非隔离拓扑，也对一些新兴的拓扑结构和控制技术进行了介绍和展望，例如，关于软开关技术在非隔离逆变器中的应用，以及如何利用人工智能和大数据来优化逆变器的运行性能等，这些都为我们未来的研究和开发指明了方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计，那种沉静的深蓝色，配上烫金的标题，一眼看过去就给人一种专业、扎实的质感。我从事新能源领域研究已经有好几年了，也阅读过不少关于光伏逆变器的书籍，但当翻开这本《非隔离光伏并网逆变器及其控制技术》时，我还是被它深深吸引了。首先，其内容的深度和广度就让我印象深刻。作者并没有仅仅停留在对非隔离拓扑的简单介绍，而是深入剖析了各种主流非隔离拓扑的原理、优缺点以及在实际应用中的考量，比如LCL、LCLC等滤波器结构的详细设计和参数选择，以及不同拓扑在成本、效率、EMC方面的权衡。这一点对于我这样一个在实际项目开发中经常需要做出技术选型的人来说，无疑是非常宝贵的。

评分☆☆☆☆☆

从内容的可读性上来说，《非隔离光伏并网逆变器及其控制技术》也做得相当不错。虽然这是一本技术性很强的专业书籍，但作者的语言风格却并不晦涩难懂。相反，他善于用简洁明了的语言来解释复杂的概念，并且结构清晰，逻辑严谨。即使是对非隔离逆变器不太熟悉的读者，也能通过这本书逐步掌握相关的知识。我尤其喜欢书中在介绍新概念时，总会先回顾相关的基础知识，这样能够帮助读者建立完整的知识体系，避免出现理解断层。

评分☆☆☆☆☆

对于从事光伏逆变器研发工作的工程师而言，这本书无疑是一本不可多得的案头必备。它不仅涵盖了非隔离拓扑的基本原理和控制策略，更重要的是，它深入探讨了在实际工程应用中所面临的各种挑战，并提供了切实可行的解决方案。例如，书中关于可靠性设计的部分，详细阐述了如何通过元器件选型、均流控制、过温保护等措施来提高逆变器的鲁棒性，这对于延长产品寿命、降低维护成本具有重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

我尤其欣赏书中对控制技术部分的详尽阐述。非隔离逆变器的并网控制，尤其是涉及到电网谐波抑制、功率因数补偿以及低压穿越等复杂功能的实现，一直是技术难点。这本书在这方面提供了非常系统性的解决方案。作者不仅讲解了PI控制、PID控制等经典控制策略，更重要的是，他详细介绍了诸如模型预测控制（MPC）、自适应模糊控制等先进控制算法在非隔离逆变器中的应用。每一种控制算法的推导都清晰明了，并且配有大量的仿真结果和实验波形图，让我能够直观地理解其工作原理和性能表现。特别是关于如何优化控制参数以应对不同电网扰动和负载变化的部分，非常实用。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，《非隔离光伏并网逆变器及其控制技术》是一本非常优秀的技术专著。它内容全面，理论扎实，实践性强，语言流畅，图文并茂。无论你是光伏逆变器领域的研究者、开发者，还是对相关技术感兴趣的学生，都能从中受益匪浅。这本书不仅能帮助你建立起系统、深入的理论知识，更能为你在实际工程设计和开发中提供宝贵的指导和参考。它绝对是一本值得反复阅读和珍藏的技术书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一个优点是其丰富的图表和案例。大量的仿真图、实验波形图、电路图以及系统框图，使得复杂的理论概念变得直观易懂。每一个章节都配有精心设计的图表，这些图表不仅仅是简单的插图，更是对内容的重要补充和解释。同时，书中穿插的实际设计案例，更是将理论知识与工程实践紧密结合，让读者能够看到理论是如何应用于实际中的。

评分☆☆☆☆☆

我特别喜欢书中对数学模型的严谨推导和详细分析。对于我这种偏重理论研究的读者来说，清晰的数学模型是理解复杂系统工作原理的关键。作者在书中对每个拓扑的数学模型都进行了详细的推导，并且对模型中的关键参数进行了深入的分析，这使得我们可以更好地理解逆变器的动态特性和稳态特性。例如，在分析死区时间对逆变器性能的影响时，作者给出了非常详细的数学推导，并给出了相应的补偿策略。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一大亮点在于其对非隔离逆变器EMC（电磁兼容性）问题的深入探讨。随着光伏发电系统规模的不断扩大，EMC问题也日益凸显，成为影响系统稳定运行和电网质量的重要因素。书中专门开辟了一个章节来讨论非隔离逆变器的EMC设计，包括辐射发射和传导发射的抑制方法，滤波器的选择和设计，以及接地和屏蔽等措施。作者在这一部分的讲解非常有条理，从理论分析到实际应用，都提供了详细的指导。我曾经遇到过一个项目中，EMC问题困扰了很久，如果当时有这本书，我想我能少走不少弯路。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在学术界和工业界都有一定研究经验的读者，我深知一本好的技术书籍，其价值不仅在于理论的严谨，更在于其实践的可操作性。《非隔离光伏并网逆变器及其控制技术》在这方面做得非常出色。书中关于功率器件选择、PCB布局、散热设计等硬件层面的考量，虽然不是核心内容，但却至关重要，直接影响到逆变器的可靠性和稳定性。作者在这方面也给予了足够多的关注，给出了许多具有参考价值的建议。此外，书中还提供了几个典型的设计案例，从原理图到参数计算，再到关键部分的实现细节，都进行了细致的讲解，这对于我这样的读者来说，无疑是一份宝贵的“实战指南”。