应用于光伏发电的直接交流堆叠式优化系统与并网技术研究

Module-level Maximum Power Point Tracking (MPPT) is an effective method to harvest the maximum output power from the photovoltaic (PV) module, and to improve the safety of the grid-connected system. Therefore, module-level MPPT is an important development direction of the distributed PV grid-connected generation. However, besides the module-level MPPT, how to improve the power conversion efficiency and reliability of the whole system, and reduce the system hardware cost? This should be further researched and developed. This project aims to investigate an optimal direct AC piled grid-connected PV generation system, as well as its control strategy and operational mechanism. The main research contents of this project are: 1) Investigation of both the structure and optimal allocation method of the AC piled grid-connected PV generation system; 2) Development of the control strategy, operational mechanism, and protection of the grid-connected PV generation system. Two control methods will be investigated, which are the coordination control for output voltage and output current, and the distributed voltage/frequency control; 3) Invention of low voltage gain transformerless micro-inverter topologies. The optimized topology will be selected through the experimental tests. Based on the above works, a whole solution of the grid-connected PV generation system, which features high efficiency, low cost, high reliability, and effective control functions will be achieved. This will promote the development of distributed generation technologies.

组件级最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）是获取光伏组件最大输出功率、提高系统安全性的一种有效手段，也是分布式光伏发电并网系统的重要发展方向。在实现组件级MPPT的基础上，如何提高系统能量转换效率和可靠性、降低系统硬件成本仍是亟待研究的重要课题。本申请项目研究一种基于微逆变器的交流堆叠式光伏并网发电系统结构及其控制策略和运行机制，包括：1）研究并网系统构成方式和优化配置方法；2）探索系统控制策略、运行机制和保障措施，包括电压电流协同控制和分布式幅相控制两种方法；3）着重分析和研究低增益非隔离型微逆变器拓扑，并结合实验获得优化的实例拓扑。研究成果将为实现一整套高效率、低成本、高可靠性且控制、保护功能完善的光伏发电并网系统提供完整的解决方案，并有力地促进分布式发电技术的发展。

组件级最大功率点跟踪是获取光伏组件最大输出功率、提高系统安全性的一种有效手段，也是分布式光伏发电并网系统的重要发展方向。本项目研究一种基于逆变器串联结构的交流堆叠式光伏并网发电系统结构及其控制策略和运行机制，研究内容包括：1）研究以光伏组件输出功率最大化和系统变换效率最优为目标的光伏发电并网系统构成方式和系统优化配置方法；2）研究适用于直接交流堆叠式的光伏发电并网系统架构的控制策略；3）研究高效率、低成本、高可靠的低增益微逆变器拓扑形式。.项目的重要研究成果包括：1）研制成功了基于三台逆变器串联的交流堆叠式并网系统样机，可用于分布式光伏发电并网系统，为新能源并网提供了一种新颖的解决方案；2）探讨了三种典型的交流堆叠式光伏发电并网系统构成方案，对三种系统方案的优缺点进行了定性比较，为不同应用场合提供了参考依据；3）研究了逆变器串联数量的优化配置方法，建立了串联系统逆变器损耗分析模型，定量分析了逆变器配置数量对系统变换效率的影响，为逆变器串联数量的设计与选取提供了理论依据；4）提出了逆变器的电压电流协同控制策略，实现了交流堆叠式系统的功率因数可调，为交流堆叠式系统的运行提供了理论和技术基础；5）提出了基于有功无功控制的交流堆叠式系统分布式控制方法，实现了有功功率的分布式调节，提高了交流堆叠式系统运行的冗余度，并为串联逆变器的分布式控制提供了重要的理论依据；6）分析了交流堆叠式系统中逆变器串联谐振产生的原因，给出了谐振抑制策略，为交流堆叠式系统的安全可靠运行提供了技术基础；7）提出了具有自主知识产权的低漏电流非隔离六开关桥式并网逆变器拓扑，变换效率高于97.5%，为非隔离型交流堆叠式并网系统中的逆变器提供了解决方案；8）提出了五电平双降压式并网逆变器拓扑族，提高了逆变器的功率密度，逆变器的轻载效率仍大于98%，为隔离型交流堆叠式并网系统中的逆变器提供了一种高效率解决方案。