低压非隔离逆变器及其并网应用关键技术

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低压非隔离逆变器及其并网应用关键技术并网逆变装置是光伏、风电等可再生能源接入电网的关键设备。

目录

项目简介

非隔离逆变器（Transformerless Grid-Connected Inverters， TLI）用硅替代隔离型逆变器中的变压器，在提高变换效率和降低成本的同时可节省铜、铁等低储量不可再生资源的消耗;提升TLI开关频率能减小无源元件和提高功率密度，可进一步节省资源消耗。但将TLI用于分布式新能源发电构成非隔离并网系统时，面临接触漏电流大、半导体器件开关应力高等难题，成为我国培育资源节约型新能源产业必须突破的技术瓶颈。 随着分布式新能源在低压弱电网中接入数量的增加，并网逆变器的宽频谐振和出口电压波动问题日益突出，成为制约我国高比例新能源主动配电网发展的关键技术问题。

为解决上述技术问题，该项目在国家自然基金、国家科技支撑计划等项目的资助下，突破逆变电路依靠“变压器隔离”进行共模电压抑制的思维定式，创建差模和共模特性双约束下逆变电路理论和设计方法；建立友好型并网功能体系，提升逆变器运行安全和电网电压运行安全。

主要技术发明与创新如下

1、针对漏电流问题，首创共模电压调控理论，提出高效差模和恒定共模电压约束下逆变电路设计方法;发明“有源开关管箝位”、“无源二极管箝位”型TLI拓扑，打破国外专利垄断，漏电流幅值下降达90%，为我国第一代TLI产品奠定技术基础。

2、针对开关应力问题，发明柔性开关逆变架构“续流谐振腔逆变器”和谐振轨迹规划方法，在维持恒定共模电压的同时首次实现TLI拓扑的“零开关损耗”目标，使得开关频率提升达百kHz、功率密度可提高5倍以上，引领第二代TLI产品发展方向;提出故障下逆变器电流快速控制方法和半导体器件短路电流微秒级软关断策略，实现短路电流关断变化率下降20%。

3、针对宽频谐振问题，提出逆变器层面和电网层面的谐振源“检-馈-补”组合治理方法。发明并网逆变器网侧电感电压微分反馈有源阻尼策略、涉网谐振信息小波实时提取的多机谐振抑制策略等，使得并网逆变器可安全工作于短路电流比S.C.R>=3、并联台数N>=10的弱电网环境。

4、针对出口电压波动问题，提出“配网-场站-机组”三层式分布式节点电压无功治理方法。分别发明了针对配网层的基于改进粒子群无功全局优化算法、针对场站层的计及新能源机组无功特性和网架特征的多逆变器无功分配策略，和机组层的基于内模原理的多目标精确控制方法等，使得含多分布式电源的配电网供电电压波动范围从±15%降至±5%。

该项目成果获授权专利63件，其中国际PCT专利2件，国家发明专利41件，获日内瓦国际发明展金奖1项；发表SCI/EI论文98篇，其中SCI论文33篇、ESI高被引论文4篇，获最佳论文奖6次；牵头编写IEEE标准1项（已立项）、参编国标7项。项目整体技术应用于江苏固德威电源科技股份有限公司180kW TLI产品，并畅销欧日澳等百余国家和地区；关键技术应用于国电南瑞科技股份有限公司1.53MW风电变流器产品，安装在全国二十余省份。该项目近三年新增销售超15亿元、出口创汇近4千万美元。