低壓非隔離逆變器及其併網應用關鍵技術

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低壓非隔離逆變器及其併網應用關鍵技術併網逆變裝置是光伏、風電等可再生能源接入電網的關鍵設備。

目錄

項目簡介

非隔離逆變器（Transformerless Grid-Connected Inverters， TLI）用硅替代隔離型逆變器中的變壓器，在提高變換效率和降低成本的同時可節省銅、鐵等低儲量不可再生資源的消耗;提升TLI開關頻率能減小無源元件和提高功率密度，可進一步節省資源消耗。但將TLI用於分布式新能源發電構成非隔離併網系統時，面臨接觸漏電流大、半導體器件開關應力高等難題，成為我國培育資源節約型新能源產業必須突破的技術瓶頸。 隨着分布式新能源在低壓弱電網中接入數量的增加，併網逆變器的寬頻諧振和出口電壓波動問題日益突出，成為制約我國高比例新能源主動配電網發展的關鍵技術問題。

為解決上述技術問題，該項目在國家自然基金、國家科技支撐計劃等項目的資助下，突破逆變電路依靠「變壓器隔離」進行共模電壓抑制的思維定式，創建差模和共模特性雙約束下逆變電路理論和設計方法；建立友好型併網功能體系，提升逆變器運行安全和電網電壓運行安全。

主要技術發明與創新如下

1、針對漏電流問題，首創共模電壓調控理論，提出高效差模和恆定共模電壓約束下逆變電路設計方法;發明「有源開關管箝位」、「無源二極管箝位」型TLI拓撲，打破國外專利壟斷，漏電流幅值下降達90%，為我國第一代TLI產品奠定技術基礎。

2、針對開關應力問題，發明柔性開關逆變架構「續流諧振腔逆變器」和諧振軌跡規劃方法，在維持恆定共模電壓的同時首次實現TLI拓撲的「零開關損耗」目標，使得開關頻率提升達百kHz、功率密度可提高5倍以上，引領第二代TLI產品發展方向;提出故障下逆變器電流快速控制方法和半導體器件短路電流微秒級軟關斷策略，實現短路電流關斷變化率下降20%。

3、針對寬頻諧振問題，提出逆變器層面和電網層面的諧振源「檢-饋-補」組合治理方法。發明併網逆變器網側電感電壓微分反饋有源阻尼策略、涉網諧振信息小波實時提取的多機諧振抑制策略等，使得併網逆變器可安全工作於短路電流比S.C.R>=3、並聯台數N>=10的弱電網環境。

4、針對出口電壓波動問題，提出「配網-場站-機組」三層式分布式節點電壓無功治理方法。分別發明了針對配網層的基於改進粒子群無功全局優化算法、針對場站層的計及新能源機組無功特性和網架特徵的多逆變器無功分配策略，和機組層的基於內模原理的多目標精確控制方法等，使得含多分布式電源的配電網供電電壓波動範圍從±15%降至±5%。

該項目成果獲授權專利63件，其中國際PCT專利2件，國家發明專利41件，獲日內瓦國際發明展金獎1項；發表SCI/EI論文98篇，其中SCI論文33篇、ESI高被引論文4篇，獲最佳論文獎6次；牽頭編寫IEEE標準1項（已立項）、參編國標7項。項目整體技術應用於江蘇固德威電源科技股份有限公司180kW TLI產品，並暢銷歐日澳等百餘國家和地區；關鍵技術應用於國電南瑞科技股份有限公司1.53MW風電變流器產品，安裝在全國二十餘省份。該項目近三年新增銷售超15億元、出口創匯近4千萬美元。