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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

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

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

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前　　言

前言
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。

前    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

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