光伏发电是解决传统能源短缺和环境污染问题的有效途径,更是我国构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要组成部分。逆变器作为光伏发电系统的核心设备,其性能直接影响整个系统的效率和可靠性。传统两电平逆变器拓扑存在输出波形畸变率高、滤波器体积大等问题,难以满足高性能光伏发电系统的要求。三电平逆变器具有功率器件电压应力及损耗低、输出波形质量好、效率高等优势,可有效解决传统两电平逆变器拓扑存在的上述问题,已成为国内外学术界和工业界研究的热点,对其研究具有重要理论意义和实际意义。国内外学者针对三电平逆变器的调制和控制技术开展了大量的研究工作。然而,与三电平逆变器相关的若干关键问题尚未解决,具体包括.:对于小功率高增益三电平逆变器系统,传统空间矢量调制方法产生的共模电压幅值高,导致共模漏电流、共模电磁干扰等问题,且三电平固有的中点电压问题与共模电压耦合难控;对于大功率模块化并联三电平逆变器系统,各模块之间的环流造成输出波形畸变、损耗增加、效率降低,加之电网电压和滤波器参数不平衡等因素的影响,环流问题更为严重;对于集中式三电平逆变器系统,组件功率失配、局部阴影易造成效率降低等问题。上述问题严重制约了三电平逆变器在光伏发电系统中的大规模推广应用。为此,本文在总结现阶段国内外研究成果的基础上,从三电平逆变器的高增益控制、共模电压抑制、中点电压控制、零序环流抑制等高性能调控关键技术开展研究,实现三电平逆变器系统的“高可靠性、低电磁干扰、高效率、强适应性、低谐波”性能指标要求。本文的主要研究工作与创新如下:1.针对高增益准Z源三电平逆变器传统空间矢量调制方法存在共模电压高及共模漏电流大的问题,提出一种同时抑制共模电压幅值和变化率的新型空间矢量调制方法。新方法采用大矢量、中矢量、零矢量和直通矢量合成参考电压矢量,通过巧妙选择直通相,在零矢量中注入直通状态,实现升压和共模电压抑制,进而抑制共模漏电流。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和提出方法的有效性。2.高增益准Z源三电平逆变器拓扑在中小功率光伏发电系统中极具发展潜力。但电容制造误差、功率器件特性不一致等诸多非理想因素导致中点电压不平衡问题,且中点电压与共模电压耦合难控。为此,提出一种计及中点平衡的共模电压抑制方法。新方法采用大矢量、中矢量、共模电压幅值低的小矢量、零矢量和直通矢量合成参考电压矢量,根据扇区编号和电容电压,巧妙选择本扇区或相邻扇区内共模电压幅值低的小矢量,在保持低共模电压的前提下有效控制中点电压平衡,突破了传统“最近三矢量”合成方法中点平衡恢复慢的固有缺陷。仿真和实验结果验证了提出方法的有效性。3.大功率模块化并联三电平逆变器系统为解决轻载低效难题提供了理想方案,但共交、直流母线连接形式引发环流问题,降低了系统输出波形质量、可靠性和效率。电网电压和滤波电感参数不平衡工况对系统稳定可靠运行带来更为严峻的挑战。为此,提出了一种不平衡条件下模块化并联三电平逆变器系统的复合控制方法。新方法在传统PI控制器中引入准谐振控制器,并辅以精确前馈控制项,有效抑制多台逆变器之间的环流,明显改善了输出电流波形质量。仿真和实验结果验证了提出方法的有效性。4.独立光伏阵列连接形式能有效解决大功率集中式三电平逆变器因组件功率失配、局部阴影造成的效率降低,但美中不足是中点电压不平衡易导致输出电流谐波含量增加,且传统调制方法产生较高共模电压,遂引发共模漏电流和严重电磁干扰。为此,提出了一种基于优化零序分量注入的共模电压抑制方法。新方法综合考虑直流侧电容电压、三相调制波与零序分量的符号,精确计算零序分量的取值范围,以实现共模电压抑制和高质量输出电流控制。并辅以快速精确无差拍中点电压控制器,实现直流侧电容电压的快速跟踪控制。仿真和实验结果验证了提出方法的有效性。