本書以光伏并網逆變器為對象，結合作者自身的研究和工作經驗，對并網逆變器的漏電流抑制技術及高電能質量電流控制技術進行了系統深入的介紹，包括：漏電流抑制技術、進網濾波器設計、直流側控制技術、進網電流控制技術以及鎖相環技術等。此外，深入討論了實際應用場合中并網逆變器存在的各種非理想因素（包括死區、功率管開通關斷延時和導通壓降、逆變器橋臂不對稱、電網電壓諧波、電網阻抗以及電網電壓不平衡等）對電能質量與系統可靠性的不利影響及抑制策略。
前 言
能源問題備受世界各國關注。加快發展風能、太陽能、生物質能等可持續能源是我國十一五、十二五規劃明確提出的任務。近年來，光伏并網發電系統的應用雖然發展迅速，但其規模化發展還是受到了一定的制約，其主要原因之一在于經濟性仍有待提高。提高光伏發電系統的經濟性，除了提高光伏電池的光電轉換效率外，發展高效、低成本的逆變器結構和高性能的逆變器控制技術是可行的突破口。
并網逆變器作為光伏發電系統中的核心電能變換裝置，其主要組成包括逆變功率模塊、進網濾波器以及逆變器控制系統等。特別地，非隔離光伏并網逆變器結構不含變壓器，擁有變換效率高以及體積小、質量輕和成本低等優勢，但是光伏電池板與電網之間存在電氣連接，由功率器件高頻開關動作以及電路寄生參數導致的共模電流（也稱漏電流）可能會大幅增加而造成安全隱患。因此，提高光伏利用效率、降低成本以及優化電能質量的關鍵在于非隔離并網逆變器拓撲與控制技術，包括漏電流抑制技術、進網濾波器設計、直流側控制技術、進網電流控制技術以及鎖相環技術等。同時，在實際應用場合中，并網逆變器存在的各種非理想因素（包括死區時間、功率管開通關斷延時和導通壓降、逆變器橋臂不對稱、電網電壓諧波、電網阻抗以及電網電壓不平衡等）嚴重影響電能質量與系統可靠性。本書以光伏并網逆變器為對象，結合作者自身的研究和工作經驗，對并網逆變器的漏電流抑制技術及高電能質量電流控制技術進行了系統深入的介紹。所介紹的新型非隔離逆變器電路拓撲及提出的控制技術都經過了實驗驗證，書中給出了詳細的理論分析并給出了部分控制方法的仿真結果，方便讀者理解并做更為深入的分析和驗證，不僅對科研工作者，對相關領域的工程技術人員也有很好的參考價值。
全書共有6章，各章內容安排如下：第1章對目前主流的光伏并網發電系統結構及逆變器拓撲結構的發展現狀、非隔離并網逆變器的漏電流抑制技術、直流側控制技術以及并網側控制技術進行了簡要的介紹；第2章著重介紹并網逆變器的漏電流抑制技術，建立了適用于橋式拓撲逆變器的漏電流統一分析模型，總結了一些抑制甚至消除漏電流的方法，推演了一些新型的低漏電流非隔離并網逆變器拓撲結構；第3章介紹適用于非隔離光伏并網逆變器的L、LCL以及LLCL等進網濾波器結構及其參數設計方法，給出了一些設計實例供讀者參考；第4章介紹并網逆變器的直流側控制技術，包括光伏電池最大功率追蹤技術和半橋類逆變器的電容電壓均衡控制；第5章詳細介紹了并網逆變器的進網電流控制技術，包括基波跟蹤及低頻諧波抑制技術，尤其針對LCL濾波器的諧振問題，深入分析了單電流閉環控制的局限性，分析了可抑制LCL濾波器諧振的有源阻尼技術的控制機制，系統地介紹了基于單變量反饋的諧振抑制技術以及基于多變量反饋零點配置與極點配置的諧振抑制技術；第6章介紹適用于單相以及三相并網逆變器的鎖相技術，尤其針對不平衡電網條件，詳細介紹一些具有良好適應性的鎖相環，以供讀者參考。
本書是在許愛國、湯雨、肖華鋒、許津銘、楊晨等博士研究生及闞加榮、過亮、徐志英、豐瀚麟、黃如海、石祥花、唐婷、張曉蕊、季林等碩士研究生研究工作的基礎上總結而成的，由謝少軍編寫第1~2章，許津銘編寫第3~6章，全書由謝少軍負責統籌和定稿。在編寫本書過程中，錢強、張斌鋒、季林等研究生做了大量編輯和校對工作，除前述提及的參與這些課題具體研究工作的研究生外，作者的其他研究生也在本書相關技術的研究中奉獻了智慧和辛勤勞動，在此一并表示感謝。
本書的部分內容是在國家自然科學基金（項目號：51077070、51477077）的資助下完成的，在此深表謝意。
本書可供光伏、風力等可再生能源并網發電領域的科研工作者和工業實踐開發人員參考，也可作為電力電子與電力傳動高年級本科生和研究生的學習參考書。
由于作者水平有限，且編寫時間倉促，而并網逆變器的拓撲及控制技術仍在快速發展之中，書中難免有不足和錯誤之處，敬請讀者批評指正。
編著者
2017年1月
謝少軍，博士，南京航空航天大學自動化學院教授，博士生導師，南京航空航天大學航空電源重點實驗室副主任者。主要從事電力電子功率變換技術研究，承擔專業領域多項科研項目研究，獲得省部級科技獎多項。
目 錄
第1章 緒論1
1.1 光伏發電1
1.2 光伏并網發電系統2
1.2.1 集中式3
1.2.2 串式和多串式3
1.2.3 交流模塊式3
1.3 光伏并網逆變器4
1.3.1 工頻隔離型4
1.3.2 高頻隔離型4
1.3.3 非隔離型5
1.4 非隔離光伏并網逆變器關鍵技術6
1.4.1 漏電流抑制技術6
1.4.2 入網濾波器7
1.4.3 直流側控制技術8
1.4.4 進網電流控制技術10
1.4.5 鎖相環技術12
1.4.6 非理想電網的影響13
1.5 本書的主要內容14
第2章 光伏并網逆變器的漏電流抑制技術16
2.1 概述16
2.2 橋式逆變拓撲漏電流系統化分析模型17
2.3 漏電流抑制途徑21
2.4 常見單相橋式逆變拓撲漏電流抑制機理分析22
2.4.1 采用抑制途徑A的橋類逆變拓撲22
2.4.2 采用抑制途徑B的橋類逆變拓撲31
2.4.3 采用抑制途徑C的橋類逆變拓撲35
2.4.4 常見單相橋式逆變拓撲小結42
2.5 單相非隔離橋式逆變拓撲的構造42
2.5.1 改進型H5拓撲43
2.5.2 改進型Heric拓撲44
2.5.3 H5變化拓撲1的改進44
2.6 三相并網逆變器的漏電流抑制45
2.6.1 采用抑制途徑A的拓撲45
2.6.2 采用抑制途徑B的拓撲46
2.7 本章小結48
第3章 光伏并網逆變器的入網濾波器49
3.1 概述49
3.2 L濾波器及參數設計49
3.2.1 L濾波器結構49
3.2.2 設計依據50
3.2.3 設計實例51
3.3 LCL濾波器及參數設計52
3.3.1 LCL濾波器結構52
3.3.2 設計依據53
3.3.3 設計實例55
3.4 LLCL濾波器及參數設計63
3.4.1 LLCL濾波器結構63
3.4.2 設計依據64
3.4.3 設計實例65
3.5 本章小結68
第4章 光伏并網逆變器的直流側控制技術69
4.1 概述69
4.2 最大功率點跟蹤（MPPT）控制69
4.2.1 恒定電壓法70
4.2.2 電導增量法71
4.2.3 擾動觀察法73
4.3 NPC半橋逆變器直流側電容電壓均衡控制74
4.3.1 NPC半橋逆變器等效電路74
4.3.2 電容電壓自平衡機理77
4.3.3 閉環控制對電容電壓均衡的影響86
4.3.4 電容電壓均衡控制89
4.3.5 半橋并網逆變器均壓控制策略93
4.4 本章小結94
第5章 光伏并網逆變器的電流控制技術96
5.1 概述96
5.2 單L濾波并網逆變器的電流控制技術96
5.2.1 電流控制的穩定性97
5.2.2 基波電流跟蹤99
5.2.3 進網電流諧波失真的原因101
5.2.4 進網電流低頻諧波抑制106
5.2.5 典型的三相L濾波并網逆變器電流控制108
5.3 LCL濾波并網逆變器的諧振現象110
5.3.1 LCL濾波器固有諧振110
5.3.2 單進網電流閉環控制111
5.3.3 單逆變器側電流閉環控制113
5.4 LCL濾波并網逆變器的無源阻尼技術115
5.5 LCL濾波并網逆變器的有源阻尼技術117
5.5.1 有源阻尼控制機制117
5.5.2 基于附加單變量反饋的有源阻尼118
5.5.3 前向通路附加數字濾波器的有源阻尼127
5.6 LCL濾波并網逆變器的多變量反饋控制技術128
5.6.1 基于零點配置的控制技術129
5.6.2 基于極點配置的控制技術140
5.7 LCL濾波并網逆變器的低頻諧波電流抑制技術144
5.7.1 低頻諧波的抑制方案144
5.7.2 諧波抑制的分析模型145
5.7.3 電網電壓諧波的影響146
5.7.4 逆變器橋臂輸出電壓擾動的影響148
5.8 本章小結150
第6章 光伏并網逆變器的鎖相技術151
6.1 概述151
6.2 電網電壓過零點檢測法152
6.3 數字鎖相環技術152
6.3.1 三相數字鎖相環153
6.3.2 單相數字鎖相環158
6.4 不平衡電網下的數字鎖相環162
6.5 本章小結167
參考文獻168
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