基于串联直流母线的新型光伏并网结构及其控制技术

在光伏并网发电系统的结构类型中，串联直流母线结构由于其具有效率高、成本低、扩展性好的优点，是光伏发电技术未来非常重要的发展方向。本申请拟对串联型的微型变换器与串联直流母线结构及其稳定系统控制技术开展研究工作。具体研究包括：串联型微型逆变器拓扑及其控制技术，分析拓扑输入输出阻抗特性对于光伏电池及直流母线的影响，研究有效地控制策略避免串联模块之间的失配现象，建立系统的有效模型；串联直流母线系统结构的稳定控制技术，合理配置系统中各模块的输出电压与容量，建立串联变换器模块协同工作及其控制的运行模型，研究模块间的相互影响；串联直流母线结构的容错控制技术与扩容控制技术，保证系统对于模块故障的容错能力，保证光伏系统的安全运行。本项目的研究对于我国未来的光伏技术，特别是建筑光伏技术的发展具有重要的理论价值与实际意义。

发展以光伏为代表的绿色新能源产业，是解决环境污染问题，维持人类社会可持续发展的重要手段。基于串联直流母线的光伏并网系统是近年来学术界和工业界的研究热点之一，设备的模块化有利于安装、调试及与光伏组件的集成，组件级别的最大功率点跟踪有效解决组件不匹配问题，满足分布式光伏并网系统的要求，低变压比使得系统效率得以进一步提高，易于容错和扩容为系统带来了灵活性的优点。.在本项目的开展过程中，我们对串联直流母线系统的两级电力电子设备——功率优化器和集中式逆变器以及系统的控制策略都进行了深入的分析研究，探讨了功率优化器拓扑的选取方法、控制技术以及优化器串联情况下的相互影响，并提出了通过控制环路抑制直流母线100Hz电压纹波的方法，提高了系统的稳定性和应用范围；通过对非隔离型并网系统共模电流的分析，选取了可以有效抑制共模电流的集中式逆变器拓扑，并提出了改进后的交错并联双Buck并网逆变拓扑；在对逆变器传统控制方法研究的基础上，针对光伏的应用对象，提出了电压环纹波补偿的控制方法，可有效减小直流母线电容并降低并网电流THD；在功率模块搭建的基础上，项目组提出了一种系统稳定控制策略及启动、保护策略，解决了系统稳定启动的问题，提高系统的可靠性，且无需通讯系统，降低了成本；在稳定控制策略的前提下，分析了环境因素对直流母线电压及串联模块数量选择的影响，为仿真及实验平台的搭建提供理论指导；针对优化现有集中式光伏并网系统的应用需求，分析及验证了逆变器带有MPPT模块时系统的稳定性及高效性，在此基础上提出了部分接入功率优化器的串联优化器并网系统结构，在有效提高系统输出功率的同时降低了成本。.在理论分析与创新的基础上，项目组搭建了基于Plecs的仿真平台，设计并调试完成了基于DSP控制的实验平台，实现了系统功能，验证理论分析结果。.随着项目的深入开展，项目组取得了丰硕的研究成果，发表了一批高质量的论文，其中包括两篇电力电子领域顶级期刊的论文，多篇会议论文；并申请与授权了多项发明专利，其中的2项专利权与2项专利申请权已经转让企业，即将进入产业化应用阶段。