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可再生能源并网发电紧凑型功率变流器拓扑衍生机理与稳定控制研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TN713
  • 关键词:
  • 成果简介:
    大力发展可再生能源并网发电符合国家能源发展战略;并网功率变换器是分布式可再生能源发电应用的关键部件,对保证系统的低成本、高效与高可靠性至关重要。国内外在并网功率变换器领域展开了大量研究,但在低成本拓扑、控制策略和高可靠实现方法等方面存在若干科学问题与关键技术亟需突破。项目组针对低电感滤波器原理、弱电网条件下稳定控制机理、低平波电容单相并网变换器拓扑原理及控制方法等基础理论进行了深入研究,取得如下重要科学发现: 1.首次推导发现了LCL和LLCL滤波器网侧电感量的理论下限值,揭示了LLCL滤波器节省电感的根本原因;相对于传统LCL滤波器,在同样满足谐波标准情况下,LLCL滤波器网侧电感量降低了75%,总电感量下降了38%。建立了LCL和LLCL滤波器标准设计准则,为国内外所广泛采用。提出了LLCL滤波器的串联对偶方案,为进一步降低电感量提供支持;给出了抑制LLCL滤波器的高频噪声的具体方法;为LLCL滤波器的工业化应用打下基础。成果为电压源型并网变换器的滤波电感成本大幅降低提供了理论依据和实现方法。 2.首次准确推导了基于LCL及LLCL滤波器的并网变流器的最佳无源阻尼电阻取值范围,为高阶滤波器的无源阻尼设计提供理论依据;揭示了在等效电网阻抗大范围变化工况下,单一无源阻尼设计的失效机理;建立了一种能适合等效电网阻抗大范围变化条件下(弱电网系数为4)单相并网逆变器的混合阻尼高带宽控制方案,可实现辅助器件和附加损耗都达到最少。成果为弱电网条件下并网变流器的高带宽稳定控制提供了理论支持及无源阻尼实现方法。 3.首次揭示了单相并网功率变换器的串联电容补偿抑制二次功率波动方案减少传统直流平波电容的理论极限;提出一种集串联抑制单相并网光伏逆变器二倍频电压波动及最大功率点跟踪功能于一体的单相逆变器拓扑及控制方法,能有效降低直流滤波电容量。成果能有效降低单相并网变流器的直流滤波电容容值,为采用高寿命、低容量的薄膜电容替代低寿命、高容量的电解电容提供可能,亦为提高变换器系统寿命及可靠性提供了有效实现方法。 项目组一共发表SCI论文26篇,其中23篇都发表在本专业顶级期刊IEEE Trans. Power Electron.和IEEE Trans. Ind. Electron.上,SCI引用1156次。8篇代表作(包括高被引论文两篇),影响因子总和为57.259,包括53个院士、IEEE Fellow课题组在内61个国家/地区学者SCI引用639次(他引566次);出版专著1部,获得授权发明专利6项(包括美国专利4项);其中一篇代表作获得2017年IEEE工业电子协会最佳学生期刊论文奖,得到国际学术界的高度认可。该项目研究成果直接推动了电力电子学科的发展,有力推进了并网变流器技术进步,以及促进了可再生能源的高效利用。
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