非隔离型光伏并网逆变器漏电流分析模型研究

（1）MPPT跟踪算法：扰动观察法、增量电导法、开路电压法、短路电流法、模糊逻辑控制法、神经网络法、电流扫描法参考文献《光伏发电系统逆变技术研究》（2）电路拓扑结构根据逆变器输出相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。

根据直流储能元件不同，可以分为电压型并网逆变器和电流型并网逆变器。

按照逆变器的输入端和输出端是否隔离，可以将并网逆变器分为隔离型和非隔离型。

隔离型逆变器一般采用变压器进行隔离，隔离方式可以分为工频隔离和高频隔离。

根据逆变器输入直流电压和输出交流电压的比较，又可分为Buck逆变器、Boost逆变器和Buck-Boost逆变器。

根据拓扑结构的级数可将并网逆变器分为单级逆变和多级逆变。

单级逆变器常见的类型有：四开关型逆变器和六开关型逆变器。

Z源并网逆变器拓扑简化结构，去除Boost升压部分电路带来的额外成本；提高可靠性；减少上下桥臂直通而导致开关管损坏的可能性；减小死区造成的影响。

输出滤波器的设计：典型的输出滤波方法有：L，LC和LCL。

参考文献《分布式电并网逆变器设计及相关控制方法研究》两级电路拓扑结构：A 前级：Boost电路后级：SPWM控制B 前级：Buck-Boost电路后级：SPWM控制参考文献《光伏发电系统逆变技术研究》（3）控制方法控制问题是逆变器输出正弦波电流控制技术，要求并网电流能实时跟踪电网电压频率、相位和并网容量给定的变化，且电流的总畸变失真要低，以减小对电网的谐波影响，即使得逆变器以单位功率因数输出电流。

A间接电流控制方法B 直接电流控制方法: PI控制、滞环电流控制、前馈解耦控制、SVPWM、无差拍控制、重复控制、比例谐振控制、预测电流控制、智能控制与鲁棒控制参考文献《光伏发电系统逆变技术研究》（4）孤岛效应A 被动式检测检测公共点电压和频率、检测电压相位跳变、检测谐波变化、检测频率变化率、基于人工智能、小波分析等其他方法B 主动式检测对有功功率实施扰动、对无功功率实施扰动、插入负载、主动移频移向技术、输出电压正反馈、检测电网阻抗变化参考文献《并网型户用光伏系统的孤岛检测技术研究》（5）关键技术1)逆变器工作过程中的同步锁相技术2)逆变器输出电流跟踪控制技术3)逆变器两种工作模式的无缝切换技术4)防孤岛技术5)并网工作时对公共电网谐波抑制和无功调节的控制技术L LCL滤波电路控制策略（PI）的研究建模分析及仿真导抗变换器的应用并网逆变器谐波补偿电力电子建模：状态空间平均法、数据采样建模法、平均开关网络模型法、PWM开关平均法；Z源型并网逆变建模：状态空间平均法（低频）、小信号扰动法和信号流图法（高频）；SPWM SVPWM脉宽调制方法，单极性调制只能用于全桥电路低电压穿越技术与孤岛矛盾光伏发电的平滑、储能技术电能质量及电磁兼容技术（谐波、干扰，防雷，浪涌，漏电等）逆变器的转换效率并网系统的群控、监控、预测及调度技术可靠性（元器件的选择、保护）《参考文献阳光电源大型光伏并网技术及发展趋势》国家电网公司已具备了包括光伏电站并网的电压/频率扰动响应能力测试、防孤岛保护特性测试、光伏功率输出特性测试、有功/无功控制能力测试、电能质量指标评估以及低电压穿越能力测试等全部试验检测能力。

按照是否带变压器来划分，并网逆变器可以分为隔离型与非隔离型，包括：工频隔离并网逆变器，高频隔离并网逆变器，非隔离并网逆变器（单级式与多级式）等。

工频隔离并网逆变器具有电气隔离、消除电流直流分量等优点，但体积重量大、价格高，只有94%-96%的系统效率。

高频隔离并网逆变器具有电气隔离、体积、重量、成本降低等优势，但系统效率只有90%-95%。

非隔离并网逆变器分为单级式非隔离并网逆变器与多级式非隔离并网逆变器。

单级式非隔离并网逆变器适合更高PV电压和功率；而两级式非隔离并网逆变器适合宽电压范围的PV 阵列，他们具有98.8%的最高效率，体积小、重量轻、成本低，但其缺点是电池板和电网之间出现电气连接。

电气连接为漏电流提供了流通路径，是高效率的非隔离光伏并网逆变器应用的最大障碍。

漏电流问题会产生寄生电容150nF/kWp，引起开关频率共模电压源。

目前大多采用电路结构SPWM调制的策略。

（1）高频隔离并网逆变器结构图
（2）工频并网逆变器结构图
（3）非隔离并网逆变器结构图
总结：
成本比较：工频并网逆变器>高频并网逆变器>非隔离并网逆变器
效率比较：工频并网逆变器<高频并网逆变器<非隔离并网逆变器
安全比较：工频并网逆变器>高频并网逆变器>非隔离并网逆变器。

第3章光伏并网系统的体系结构3.1 集中式结构3.2 交流模块式结构3.3 串型结构3.4 多支路结构3.5 主从结构3.6 直流模块式结构3.7 小结参考文献第4章光伏并网逆变器的电路拓扑4.1 光伏并网逆变器的分类4.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构4.1.2 非隔离型并网逆变器结构4.2 隔离型光伏并网逆变器4.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器4.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器4.3 非隔离型光伏并网逆变器4.3.1 单级非隔离型光伏并网逆变器4.3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器4.3.3 非隔离型光伏并网逆变器问题研究4.4.多支路光伏并网逆变器4.4.1 隔离型多支路光伏并网逆变器4.4.2 非隔离型多支路光伏并网逆变器4.4.3 非隔离级联型光伏并网逆变器参考文献第5章光伏并网逆变器控制策略5.1 光伏并网逆变器控制策略概述5.2 基于电流闭环的矢量控制策略5.2.1 同步坐标系下并网逆变器的数学模型5.2.2 基于电网电压定向的矢量控制(VOC)5.2.3 基于虚拟磁链定向的矢量控制(VFOC)5.3 直接功率控制(DPC)5.3.1 瞬时功率的计算5.3.2 基于电压定向的直接功率控制(V-DPC)5.3.3 基于虚拟磁链定向的直接功率控制(VF-DPC) 5.4 基于LCL滤波的并网光伏逆变器控制5.4.1 概述5.4.2 无源阻尼法5.4.3 有源阻尼法5.4.4 基于LCL滤波的并网光伏逆变器滤波器设计5.5 单相并网逆变器的控制5.5.1 静止坐标系中单相并网逆变器的控制5.5.2 同步旋转坐标系中单相并网逆变器的控制参考文献第6章光伏发电的最大功率点跟踪(MPPT)技术6.1 概述6.2 基于输出特性曲线的开环MPPT方法6.2.1 定电压跟踪法6.2.2 短路电流比例系数法6.2.3 插值计算法6.3 扰动观测法6.3.1 扰动观测法的基本原理6.3.2 扰动观测法的振荡与误判问题6.3.3 扰动观测法的改进6.4 电导增量法(INC)6.4.1 电导增量法的基本原理6.4.2 电导增量法的振荡与误判问题6.4.3 电导增量法的改进6.5 智能MPPT方法6.5.1 基于模糊理论的MPPT控制6.5.2 基于人工神经网络的MPPT控制6.5.3 基于智能方法的MPPT复合控制6.6 两类基本拓扑结构的MPPT控制6.6.1 两级式并网光伏逆变器的MPPT控制6.6.2 单级式并网光伏逆变器的MPPT控制6.7 MPPT的其他问题6.7.1 局部最大功率点问题6.7.2 MPPT的能量损耗6.7.3 最大功率点跟踪的效率与测试参考文献第7章并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略7.1 孤岛效应的基本问题7.1.1 孤岛效应的发生与检测7.1.2 孤岛效应发生的可能性与危险性7.1.3 并网逆变器发生孤岛效应时的理论分析7.1.4 孤岛效应的检测标准与研究状况7.1.5 并网光伏系统的反孤岛测试7.2 基于并网逆变器的被动式反孤岛策略7.2.1 过／欠电压、过／欠频率反孤岛策略7.2.2 基于相位跳变的反孤岛策略7.2.3 基于电压谐波检测的反孤岛策略7.3 基于并网逆变器的主动式反孤岛策略7.3.1 频移法7.3.2 基于功率扰动的反孤岛策略7.3.3 阻抗测量方案7.4 不可检测区域(NDZ)与反孤岛策略的有效性评估7.4.1 基于△P*△Q坐标系孤岛检测的有效性评估7.4.2 基于L×C坐标系孤岛检测的有效性评估7.4.3 基于负载特征参数Q×fn坐标系的有效性评估7.4.4 基于负载特征参数QxCmon坐标系的有效性评估7.4.5 多逆变器并联运行时的孤岛检测分析参考文献。

本科毕业设计（论文）单相逆变器并网技术研究本科毕业设计（论文）单相逆变器并网技术研究摘要随着“绿色环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到了迅速的推广，这使得研究可再生能源回馈电网技术具有了十分重要的现实意义。

如何可靠地、高质量地向电网输送功率是一个重要的问题，因此在可再生能源并网发电系统中起电能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。

本文以全桥逆变器为对象，详细论述了基于双电流环控制的逆变器并网系统的工作原理，推导了控制方程。

内环通过控制LCL滤波中的电容电流，外环控制滤波后的网侧电流。

大功率并网逆变器的开关频率相对较低，相对于传统的L 型或LC 型滤波器，并网逆变器采用LCL 型输出滤波器具有输出电流谐波小，滤波器体积小的优点，在此基础上本系统设计了LCL滤波器。

本文分析比较了单相逆变器并网采用单闭环和双闭环两种控制策略下的并网电流，并对突加扰动情况下系统动态变化进行了分析。

在完成并网控制系统理论分析的基础上，本文设计并制作了基于TMS320LF2407DSP的数字化控制硬件实验系统，包括DSP 外围电路、模拟量采样及调理电路、隔离驱动电路、保护电路和辅助电源等,最后通过MATLAB仿真软件进行验证理论的可行性,实现功率因数为1的并网要求。

关键词并网逆变器；LCL滤波器；双电流环控制；DSP本科生毕业设计（论文）AbstractWith the concept of”Green and Environmental Protection”was proposed．All kinds of new energy exploitation program are in the rapid promotion，which is in order to solve the power shortage，pollution and other issues．It makes exploring renewable energy feedback the grid technology has a very important practical significance．How to deliver power into the grid reliably and quality is an important problem，the inverter mat Can transform the electrical energy in the system of the renewable resource to be fed into the grid is becoming one of the hot points in intemational research．Based on the bridge inverter the analysis of the working principle and the deduction of the control equation have been presented. The strategy integrates an outer loop grid current regulator with capacitor current regulation to stabilize the system. The current regulation is used for the outer grid current control loop. The frequency of switching is slower in the high power grid-connected inverter. Compared with tradition type L or type LC, output filter and output current‟s THD of type LCL are all smaller.So on this basis, the system uses the LCL filter. This paper compares the net current of the single-phase inverter and net single loop and double loop under two control strategies, and the case of sudden disturbance of the dynamic change of the system.In complete control system on the basis of theoretical analysis, design and production of this article is based on TMS320LF2407DSP‟s digital control hardware test system, including the DSP external circuit, analog sampling and conditioning circuit, isolation, driver circuit, protection circuit and auxiliary power, etc., via MATLAB software to validate the feasibility of the theory. Achieve power factor is 1 and network requirements.Keywords Grid-connected inverter;LCL filter; Double current loop control;DSP目录摘要......................................................... III Abstract ...................................................... II 第1章绪论. (1)1.1国内外可再生能源开发的现状及前景 (1)1.1.1 可再生能源开发的现状及前景 (1)1.1.2可再生能源并网发电系统 (3)1.2并网逆变器的研究现状及趋势 (4)1.3本文的结构及主要内容 (6)第2章单相并网逆变器总体设计 (8)2.1并网逆变器组成原理及主体电路硬件设计 (8)2.1.1 系统逆变主体电路拓扑结构及原理 (8)2.1.2 系统主体电路参数设计 (9)2.2逆变器的SPWM调制方式分析 (10)2.3LCL滤波器的设计 (14)2.3.1 利用隔离变压器漏感确定LCL滤波 (14)2.3.2 LCL滤波器数学模型及波特图分析 (15)2.3.3 LCL滤波器的参数设计 (16)2.4并网控制策略的提出 (18)2.4.1 电流型并网模型分析 (18)2.4.2 几种控制方法分析 (20)2.4.3 使用双电流闭环控制策略 (23)2.5本章小结 (25)第3章系统仿真及结果分析 (26)3.1单相逆变器开环仿真 (26)3.2单相逆变器并网单闭环仿真分析 (27)3.3基于双电流环的单相逆变器并网仿真分析 (28)3.4突加扰动时系统动态分析 (29)3.5本章小结 (31)第4章数字化并网控制系统硬件设计 (32)4.1基于DSP的并网控制系统整体设计 (32)4.2系统电路设计 (33)4.2.1 DSP外围电路设计 (33)4.2.2 模拟信号采样电路 (34)4.2.3 隔离、驱动电路 (36)4.2.4 多功能控制电源设计 (37)4.2.5 保护电路设计 (38)4.3本章小结 (38)结论 (39)参考文献 (40)致谢 (42)附录1 (43)附录2 (52)附录3 (59)第1章绪论第1章绪论1.1 国内外可再生能源开发的现状及前景1.1.1可再生能源开发的现状及前景自20世纪50年代以来，随着经济活动的增加，世界能源消耗急剧上升，世界能源消耗增长了20倍。

在光伏系统中，常会碰到两个故障报警，漏电流故障和绝缘阻抗故障，从字面上看，这两种故障原因差不多，都是因为绝缘不好造成的，但是这两种故障产生的地方不尽相同，逆变器电路检测的原理不一样，检测的部位也不一样，如果采取同样的方法去检查，往往会事倍功半，下面将一一分析。

绝缘阻抗过低绝缘阻抗是检测光伏系统直流部分，包括组件和直流电缆，当逆变器检测到组件侧正极或负极对地绝缘阻抗过低，说明直流侧线缆或组件出现对地绝缘阻抗有异常的情况。

检测方阵绝缘阻抗，是逆变器一项强制性标准和要求，当检测到光伏阵列绝缘阻抗小于规定值量，逆变器必须显示故障，非隔离的逆变器要停机，不能接入电网。

7.10.1.方阵绝缘阻抗检测7.10.1.1 与不接地光伏方阵连接的逆变器与不接地光伏方阵连接的逆变器应在系统启动前测量光伏方阵输入端与地之间的直流绝缘电阻，如果阻抗小于Umaxpv/30mA(Umaxpv是光伏方阵最大输出电压，则：a) 对带电气隔离的逆变器，应指示故障，但故障期间仍可进行其他动作操作，在绝缘电阻满足上述要求时允许其停止报警。

b) 对于非隔离逆变器或者虽有隔离但其漏电流不符合要求的逆变器，应指示故障，并限制其接入电网，此时允许其继续监控方阵的绝缘电阻，并且在绝缘电阻满足上述要求时，允许停止报警也允许接入电网。

NB/T 32004-2013 标准条款电路原理：逆变器检测绝缘阻抗的原理是：逆变器通过检测PV+对地和PV-对地电压，分别计算出PV+和PV –对地的电阻，若任意一侧阻值低于阈值，逆变器就会停止工作，并报警显示“PV绝缘阻抗低”。

绝缘阻抗低是光伏系统一个常见故障，组件，直流电缆，接头出现破损，绝缘层老化会产生绝缘阻抗低，直流电缆穿过桥架时，由于金属桥架边缘可能有倒刺，在穿线的过程中，就有可能把电缆的外层绝缘皮破坏，而导致对地漏电。

绝缘阻抗低的危害：绝缘阻抗低会造成系统漏电，如果这时逆变器还在并网发电，会造成用电设备机壳带电，给人带来触电的安全隐患；故障点对地放电会造成局部发热或者电火花，会带来火灾等安全隐患。

第五章光伏并网逆变器的电路拓扑5.1 光伏并网逆变器的分类5.2 隔离型光伏并网逆变器5.3 非隔离型光伏并网逆变器5.4 多支路光伏并网逆变器5.5 微型光伏并网逆变器第五章光伏并网逆变器的电路拓扑光伏并网逆变器将太阳能电池输出的直流电转换成符合电网要求的交流电再输入电网，是光伏并网系统能量转换与控制的核心。

光伏并网逆变器的性能影响和决定整个光伏系统是否能够稳定、安全、可靠、高效地运行，同时也是影响整个系统使用寿命的主要因素。

本章将对光伏并网逆变器进行分类讨论。

5.1 光伏并网逆变器的分类根据光伏并网逆变器与电网的连接有无隔离变压器，可将光伏并网逆变器分为隔离型和非隔离型两大类，详细分类如图5-1所示。

图5-1 光伏并网逆变器分类5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构工频隔离型特点：主电路和控制电路相对简单，光伏阵列直流输入电压的匹配范围较大，可有效防止电网电流通过桥臂与人体在直流侧形成回路造成的人体伤害事故，保证系统不会向电网注入直流分量，有效的防止了配电变压器的饱和。

但体积大、质量重，增加了系统损耗及成本。

5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构高频隔离型特点：相比工频隔离型，具有较小的体积和质量，克服了工频隔离型的主要缺点。

图5-3 高频隔离型光伏并网逆变器结构a) DC/DC变换型 b) 周波变换型5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构与隔离型相比，省去了笨重的隔离变压器，体统结构简单、质量变轻、成本降低并提高了效率，将成为今后主要的光伏并网逆变器结构。

包括单级非隔离型和多级非隔离型。

图5-4 非隔离型光伏并网逆变器结构5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构非隔离型的光伏并网系统中，光伏阵列与电网电压直接连接。

大面积的光伏阵列与大地之间存在较大的分布电容，因此会产生光伏阵列对地的共模漏电流。

／２０２３ ０９光伏发电功率短期预测方法研究潘晨玥（国网江苏省电力有限公司宝应县供电分公司）摘　要：煤炭、石油、天然气等不可再生能源的使用，严重降低了空气质量，光伏并网由于可再生、无污染以及资源丰富的特点受到了社会各界人士的喜爱，但是光伏并网发电系统会从许多的不同层面影响电网的电能质量。

本文重点分析了分布式光伏发电并网系统，对低压配电网的数学模型进行推导，并且从电路基本理论角度分析光伏配电电源对配电网电能质量产生的作用，发现配电网电压波动与光伏电源容量和短路容量密切相关。

关键词：光伏发电；电能质量；分布式光伏并网；电压波动０　引言大量开采化石能源对环境造成了非常大的影响，可持续发展的理念逐渐深入人心，因此对于太阳能的开发和利用尤为重要。

世界上的能源来自于太阳系中的恒星，太阳能是一种可以再生、没有污染的能源，据不完全统计，现如今我国太阳能发电量年均增加５７ １％，光伏发电已经成为了我国的一个新产业［１］。

光伏发电的应用不但可以实现直流微电网的功能，还可以实现光伏发电并网，所谓光伏发电并网是指光伏电池板发出电以后通过逆变器对电能进行转换，然后并入交流电力网络，供用户使用；直流微电网简单来说就是不对电能进行逆变，直接对直流电进行控制和利用［２ ３］。

１　光伏并网发电系统及电能质量概述１ １　光伏发电系统的组成光伏并网系统一般包含光伏阵列、并网逆变器等组成部分。

对于双级并网逆变器，还包含ＤＣ ＤＣ变换器；分布式光伏发电系统一般情况下还会包含有储能电池。

光伏阵列就是光伏电池板，它是最基础也是最核心的部分，通过光伏电池板可以把光照转化为电能；ＤＣ ＤＣ变换器的主要功能是把宽电压范围的低电压转化为恒定的高电压，同时ＤＣ ＤＣ变换器还具备最大功率点追踪（ＭＰＰＴ）控制功能；光伏阵列发出的直流电需要经过逆变器逆变成交流电再并网。

包含储能电池的光伏发电系统结构如图１所示。

图１　可调度光伏并网系统结构１ ２　光伏发电系统关键技术和原理（１）光伏电池光伏电池能够把光能转换成电能主要是利用了Ｐ Ｎ结的光生伏打效应。