內容簡介

本書以光伏並網逆變器為對象，結閤作者自身的研究和工作經驗，對並網逆變器的漏電流抑製技術及高電能質量電流控製技術進行瞭係統深入的介紹，包括：漏電流抑製技術、進網濾波器設計、直流側控製技術、進網電流控製技術以及鎖相環技術等。此外，深入討論瞭實際應用場閤中並網逆變器存在的各種非理想因素（包括死區、功率管開通關斷延時和導通壓降、逆變器橋臂不對稱、電網電壓諧波、電網阻抗以及電網電壓不平衡等）對電能質量與係統可靠性的不利影響及抑製策略。

作者簡介

謝少軍，博士，南京航空航天大學自動化學院教授，博士生導師，南京航空航天大學航空電源重點實驗室副主任者。主要從事電力電子功率變換技術研究，承擔專業領域多項科研項目研究，獲得省部級科技奬多項。

目錄

第1章 緒論 1
1．1 光伏發電 1
1．2 光伏並網發電係統 2
1．2．1 集中式 3
1．2．2 串式和多串式 3
1．2．3 交流模塊式 3
1．3 光伏並網逆變器 4
1．3．1 工頻隔離型 4
1．3．2 高頻隔離型 4
1．3．3 非隔離型 5
1．4 非隔離光伏並網逆變器關鍵技術 6
1．4．1 漏電流抑製技術 6
1．4．2 入網濾波器 7
1．4．3 直流側控製技術 8
1．4．4 進網電流控製技術 10
1．4．5 鎖相環技術 12
1．4．6 非理想電網的影響 13
1．5 本書的主要內容 14
第2章 光伏並網逆變器的漏電流抑製技術 16
2．1 概述 16
2．2 橋式逆變拓撲漏電流係統化分析模型 17
2．3 漏電流抑製途徑 21
2．4 常見單相橋式逆變拓撲漏電流抑製機理分析 22
2．4．1 采用抑製途徑A的橋類逆變拓撲 22
2．4．2 采用抑製途徑B的橋類逆變拓撲 31
2．4．3 采用抑製途徑C的橋類逆變拓撲 35
2．4．4 常見單相橋式逆變拓撲小結 42
2．5 單相非隔離橋式逆變拓撲的構造 42
2．5．1 改進型H5拓撲 43
2．5．2 改進型Heric拓撲 44
2．5．3 H5變化拓撲1的改進 44
2．6 三相並網逆變器的漏電流抑製 45
2．6．1 采用抑製途徑A的拓撲 45
2．6．2 采用抑製途徑B的拓撲 46
2．7 本章小結 48
第3章 光伏並網逆變器的入網濾波器 49
3．1 概述 49
3．2 L濾波器及參數設計 49
3．2．1 L濾波器結構 49
3．2．2 設計依據 50
3．2．3 設計實例 51
3．3 LCL濾波器及參數設計 52
3．3．1 LCL濾波器結構 52
3．3．2 設計依據 53
3．3．3 設計實例 55
3．4 LLCL濾波器及參數設計 63
3．4．1 LLCL濾波器結構 63
3．4．2 設計依據 64
3．4．3 設計實例 65
3．5 本章小結 68
第4章 光伏並網逆變器的直流側控製技術 69
4．1 概述 69
4．2 最大功率點跟蹤（MPPT）控製 69
4．2．1 恒定電壓法 70
4．2．2 電導增量法 71
4．2．3 擾動觀察法 73
4．3 NPC半橋逆變器直流側電容電壓均衡控製 74
4．3．1 NPC半橋逆變器等效電路 74
4．3．2 電容電壓自平衡機理 77
4．3．3 閉環控製對電容電壓均衡的影響 86
4．3．4 電容電壓均衡控製 89
4．3．5 半橋並網逆變器均壓控製策略 93
4．4 本章小結 94
第5章 光伏並網逆變器的電流控製技術 96
5．1 概述 96
5．2 單L濾波並網逆變器的電流控製技術 96
5．2．1 電流控製的穩定性 97
5．2．2 基波電流跟蹤 99
5．2．3 進網電流諧波失真的原因 101
5．2．4 進網電流低頻諧波抑製 106
5．2．5 典型的三相L濾波並網逆變器電流控製 108
5．3 LCL濾波並網逆變器的諧振現象 110
5．3．1 LCL濾波器固有諧振 110
5．3．2 單進網電流閉環控製 111
5．3．3 單逆變器側電流閉環控製 113
5．4 LCL濾波並網逆變器的無源阻尼技術 115
5．5 LCL濾波並網逆變器的有源阻尼技術 117
5．5．1 有源阻尼控製機製 117
5．5．2 基於附加單變量反饋的有源阻尼 118
5．5．3 前嚮通路附加數字濾波器的有源阻尼 127
5．6 LCL濾波並網逆變器的多變量反饋控製技術 128
5．6．1 基於零點配置的控製技術 129
5．6．2 基於極點配置的控製技術 140
5．7 LCL濾波並網逆變器的低頻諧波電流抑製技術 144
5．7．1 低頻諧波的抑製方案 144
5．7．2 諧波抑製的分析模型 145
5．7．3 電網電壓諧波的影響 146
5．7．4 逆變器橋臂輸齣電壓擾動的影響 148
5．8 本章小結 150
第6章 光伏並網逆變器的鎖相技術 151
6．1 概述 151
6．2 電網電壓過零點檢測法 152
6．3 數字鎖相環技術 152
6．3．1 三相數字鎖相環 153
6．3．2 單相數字鎖相環 158
6．4 不平衡電網下的數字鎖相環 162
6．5 本章小結 167
參考文獻 168

前言/序言

並網逆變器作為光伏發電係統中的核心電能變換裝置，其主要組成包括逆變功率模塊、進網濾波器以及逆變器控製係統等。特彆地，非隔離光伏並網逆變器結構不含變壓器，擁有變換效率高以及體積小、質量輕和成本低等優勢，但是光伏電池闆與電網之間存在電氣連接，由功率器件高頻開關動作以及電路寄生參數導緻的共模電流（也稱漏電流）可能會大幅增加而造成安全隱患。因此，提高光伏利用效率、降低成本以及優化電能質量的關鍵在於非隔離並網逆變器拓撲與控製技術，包括漏電流抑製技術、進網濾波器設計、直流側控製技術、進網電流控製技術以及鎖相環技術等。同時，在實際應用場閤中，並網逆變器存在的各種非理想因素（包括死區時間、功率管開通關斷延時和導通壓降、逆變器橋臂不對稱、電網電壓諧波、電網阻抗以及電網電壓不平衡等）嚴重影響電能質量與係統可靠性。本書以光伏並網逆變器為對象，結閤作者自身的研究和工作經驗，對並網逆變器的漏電流抑製技術及高電能質量電流控製技術進行瞭係統深入的介紹。所介紹的新型非隔離逆變器電路拓撲及提齣的控製技術都經過瞭實驗驗證，書中給齣瞭詳細的理論分析並給齣瞭部分控製方法的仿真結果，方便讀者理解並做更為深入的分析和驗證，不僅對科研工作者，對相關領域的工程技術人員也有很好的參考價值。

全書共有6章，各章內容安排如下：第1章對目前主流的光伏並網發電係統結構及逆變器拓撲結構的發展現狀、非隔離並網逆變器的漏電流抑製技術、直流側控製技術以及並網側控製技術進行瞭簡要的介紹；第2章著重介紹並網逆變器的漏電流抑製技術，建立瞭適用於橋式拓撲逆變器的漏電流統一分析模型，總結瞭一些抑製甚至消除漏電流的方法，推演瞭一些新型的低漏電流非隔離並網逆變器拓撲結構；第3章介紹適用於非隔離光伏並網逆變器的L、LCL以及LLCL等進網濾波器結構及其參數設計方法，給齣瞭一些設計實例供讀者參考；第4章介紹並網逆變器的直流側控製技術，包括光伏電池最大功率追蹤技術和半橋類逆變器的電容電壓均衡控製；第5章詳細介紹瞭並網逆變器的進網電流控製技術，包括基波跟蹤及低頻諧波抑製技術，尤其針對LCL濾波器的諧振問題，深入分析瞭單電流閉環控製的局限性，分析瞭可抑製LCL濾波器諧振的有源阻尼技術的控製機製，係統地介紹瞭基於單變量反饋的諧振抑製技術以及基於多變量反饋零點配置與極點配置的諧振抑製技術；第6章介紹適用於單相以及三相並網逆變器的鎖相技術，尤其針對不平衡電網條件，詳細介紹一些具有良好適應性的鎖相環，以供讀者參考。

本書是在許愛國、湯雨、肖華鋒、許津銘、楊晨等博士研究生及闞加榮、過亮、徐誌英、豐瀚麟、黃如海、石祥花、唐婷、張曉蕊、季林等碩士研究生研究工作的基礎上總結而成的，由謝少軍編寫第1~2章，許津銘編寫第3~6章，全書由謝少軍負責統籌和定稿。在編寫本書過程中，錢強、張斌鋒、季林等研究生做瞭大量編輯和校對工作，除前述提及的參與這些課題具體研究工作的研究生外，作者的其他研究生也在本書相關技術的研究中奉獻瞭智慧和辛勤勞動，在此一並錶示感謝。

本書的部分內容是在國傢自然科學基金（項目號：51077070、51477077）的資助下完成的，在此深錶謝意。

本書可供光伏、風力等可再生能源並網發電領域的科研工作者和工業實踐開發人員參考，也可作為電力電子與電力傳動高年級本科生和研究生的學習參考書。

由於作者水平有限，且編寫時間倉促，而並網逆變器的拓撲及控製技術仍在快速發展之中，書中難免有不足和錯誤之處，敬請讀者批評指正。

編著者

2017年1月