(完整版)单相光伏并网逆变器的研究40本科毕业设计41

单相光伏并网逆变器的研究

轮机工程学院

摘要

能源危机和环境问题的不断加剧，推动了清洁能源的发展进程。太阳能作为一种清洁无污染且可大规模开发利用的可再生能源，具有广阔应用前景。并且伴随“智能电网”理论的兴起，分布式电力系统正日益受到关注，光伏逆变系统作为分布式电力系统的一种重要形式，使得对该领域的研究具有重要的理论与现实意义。

论文在分析光伏逆变系统发展现状与研究热点的基础上，探讨了光伏逆变系统的主要关键技术，对直接影响光伏逆变系统的工作效率以及工作状态的最大功率点跟踪控制、光伏逆变器控制等技术进行了详细研究。

为研究光伏逆变系统，本文建立了一套完整的光伏逆变系统模型，主要包括光伏电池模块，前级DCDC变换器，后级DCAC逆变器，以及相应的控制模块。为了提高系统模型的准确性及稳定性，论文设计了一种输出电压随温度光照改变的光伏电池模型，提出了一种基于Boost 升压变换器的最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并且将正弦脉冲宽度调制技术（SPWM）应用于逆变器控制。最后在MatlabSimulink软件环境下搭建了光伏逆变系统的整体模型，完成系统性的实验验证。

经过仿真实验验证，所提出的光伏逆变系统设计方案正确可行，且输出达到了设计要求，为进一步实现并网功能提供了条件，具有较高的实用参考价值。

关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；光伏逆变系统；正弦脉冲调制技术

ABSTRACT

With intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy . The solar energy because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System . As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field.

This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which work efficiency and work condition and technology of PV inverter.

In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DCDC converter and DCAC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper

uses a PV battery model whose output voltage changes with intensify of the illumination and the real time temperature. And this paper proposes a control method of MPPT on the basis of Boost converter and applies the Sinusoidal PWM in single phase inverter control. At last, we will build an integral PV inverter system by using MatlabSimulink software, to get a verification and validation.

Through many simulation experiments, the proposed photovoltaic inverter system design is correct and feasible. And the output indicators meet the design requirements. The system paves the road to the further implement and grid connection and ，在这段过程中电感L上积蓄的能量为U i i L t on。当T处于关断状态时，升压电路的输入电压U i和电感L共同向负载端电容C2充电并向负载提供能量，假设开关管T位于关断状态的时间是t off，这段过程中电感L 放出的电能为(U0–U i)i L t on。则有：

（2.13）

化简得，

（2.14）

如果将电路中的损耗忽略不计，则负载消耗的电能只是由电源提供，即：

（2.15）2.4.3后级单相全桥逆变器的工作原理

单相全桥逆变电路的原理图如图 2.10示，它一共有4个桥臂，其中1个可控器件和1个反并联二极管组成一个桥臂，每一个半桥电路又由上下两个桥臂组成，2个半桥电路组合成一个全桥逆变电路。在电压

型逆变电路中，为了防止直流侧短路导致开关管电流过大烧坏，同一个半桥上的上下两桥臂不允许同时导通，即开关管T1和T3，T2和T4不能同时导通，这就要求其控制脉冲存在互补的关系。在一个开关周期内，开关管T1和T4、T2和T3互补交替导通。当开关管T1和T4导通、T2和T3截止时，两桥臂之间的电压U0﹦U d。在由开关管T1和T4截止到T2和T3导通的过渡过程中，二极管D2、D3延续电流，从而使得流过电感L的电流连续，这时逆变器输出的电压U0﹦-U d。当电流下降为0时，开关管T2、T3导通，流经电感的电流反向，逆变器输出端输出电压U0﹦-U d。同理，在控制器发出栅极驱动信号使得开关管T2、T3截止和T1、T4导通时，二极管D1、D4续流，输出电压U0﹦U d，一直持续到续流电流减小至0后，开关管T1、T4才导通，输出电压U0﹦U d。以后逆变器将不断重复以上过程，从而完成对直流电能的逆变。

图 2.10单相全桥逆变电路

2.5最大功率点跟踪模块的原理及分析

2.5.1最大功率点跟踪原理

早期的并网逆变发电中存在着能量转换效率低、输出不稳定等问

题。为解决此类问题，MPPT 逐渐得到推广与发展。最大功率点跟踪控制的基本思想就是依靠不断调节光伏阵列末端的输出电压，尽量使其数值逼近此时环境下输出功率最大时所对应的电压，从而提高系统发电能力。在当前电池发电效率低的现状下，通过MPPT 进行功率提升的成本要低于增加光伏模块中电池个数提升功率的成本。因此，最大功率跟踪装置也成为现代光伏发电系统中关键的部分，且未来经济潜力巨大，具有很大的市场空间。

为了确定光伏阵列以最大功率状态输出的须满足的条件，下面以带直流性负载的发电系统为例进行分析，交流负载也同样适用。图2.11为光伏电池带直流负载工作时的等效电路。

Vi

Ri

I

Ro

图2.11光伏系统等效线性电路

上图中R i 是光伏电池的等效内阻，V i 是阵列内的电压。通过电路原理计算出直流负载R o 消耗的功率为：

o o

i i o Ro R R R V R I P )(2+== （2.16）

因为负载变化导致其分配功率发生变化，V i 、R i 都是常数。因此为了让负载消耗的功率最大，将式（2.13）两端分别对R o 进行求导，得

23

()i o Ro i i o o dP R R V dR R R -=+

（2.17）

显然当上式为0时，P Ro是连续变化的，在时间很短时将其特性近似为线性的是可行的。因此对式（2.16）进行求导取极值的处理是正确的。从式（2.17）中可得，当外接负载的阻值等于光伏电池的内阻时，电池发出的功率最大客观上讲，无论是光伏电池还是DCDC变换器的特性都属于非线性特性，但可以改变直流-直流变换器的等效电阻使之与电源等效内阻相等，然后就不仅可以在负载变化微分段中实现最大功率跟踪，而且可通过重复上述工作可实现各负载变化微分段的MPPT[28]。

当光伏电池内阻等于直流-直流转换器等效电阻时，转换器上分得的电压为V i2，也就是说通过调节负载两端电压到V i2，光伏电池发出的功率就能够达到最大。有文献介绍通过调节光伏电池输出电压实现MPPT，其实调节负载电压与光伏阵列输出电压本质上是一样的。

2.5.2 爬山法

爬山法可理解为一种自寻优的控制过程，它的控制思想是：第一步，得出光伏阵列输出端的电压、电流信号，并利用乘法器将两者相乘得到此刻的功率（现时功率），第二步，将此刻的功率（实时功率）与前一时刻的功率（记忆功率）进行对比，利用对比之后的结果判断电压的增减[29]。

图2.12光伏电池伏安特性

图2.13负载特性与爬山法MPPT寻优过程

图2.12为光伏电池的负载特性（P-U）图，从图中可以看出光伏电池P-U曲线是一个单峰函数，其极值处即为功率最大的点。从光伏阵列接收太阳能开始，其输出电压会周期性的发生弱变。这里第一步首先将当前输出功率值（现时功率）P2与上一时刻记忆功率值P1进行比较并进行判断：若功率增加（即P2>P1），则可按输入的此变化方向继续变化一个?V；若功率减少，则向其变化的反方向变化一个?V。如此重复

上述过程即可实现动态跟踪。例如，如果当前输出电压在Ｖpmax（最大功率点处对应的横坐标电压值）左侧时必须增大电压值；反之，应该减小输入电压，这样方可实现功率输出按照特性曲线渐变至最大功率点[25]。

图2.13为光伏电池伏安特性（I-U）图，图中a、b、c、d、e五个点为电池负载特性与伏安特性交点（即实际工作点）。系统经过如上段所述过程达到a? 、b?、c?、d?、e?任意一个最大功率点后，经过一个时间延迟?t后会重复前述过程，往复进行可控制光伏电池输出功率值动态保持在最大功率点附近。

图2.14为爬山法的控制原理。

图2.14爬山法MPPT控制原理示意图

从上述分析可以得出，判断光伏阵列实时工作点所在位置的重点是MPPT装置。假设P(i)为现时功率、P(i-1)为记忆功率，则具体的判别方法总结如下：

1）当时，若，工作点在点左边，应提高电压；若，工作点在点右边，应降低电压；

2）当时，若，工作点在点右边，应降低电压；若，工作点在点左边，应提高电压。

2.6本章小结

本章主要包括并网逆变器的分类和并网逆变系统的拓扑结构，光伏电池原理及数学模型，Boost升压电路和逆变器的原理，最大功率点跟踪模块的原理等内容，并对本文用到的爬山法最大功率跟踪技术进行了简要介绍，经过论证本文选用了两级式光伏并网逆变器的拓扑结构。

第3章光伏并网逆变器的控制及实现

3.1并网逆变器的SPWM技术

在当前的光伏并网逆变器设计中，PWM技术被广泛使用，其全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）。SPWM技术与PWM 相似，但其不同之处在于SPWM改变了脉冲调制方式，即调制信号为期望得到的正弦波，载波为三角波，在正弦波与三角形载波相交时，用交点来完成对开关管导通或关断的控制[30]。在直流-交流逆变器领域，这种技术应用广泛。

3.1.1 SPWM调制技术原理

在自动控制理论中存在这样一个原理：在惯性系统中，对于大小、波形不一致的窄脉冲变量来说，如果它们的冲量（面积）即变量对在坐标轴上时间的积分相等，其作用的效果相同。此理论也称冲量等效原理，SPWM理论正是基于这一原理[31]。通常在正弦波每个周期内将其均分为2N份，来获得这种接近于正弦波的脉宽调制波形。每一个经过等分

的脉冲宽度都是πN，这样一个周期的正弦波便可看成2N个彼此相连的脉冲序列，这些脉冲的宽度相等但是幅值不相等。通过运算就可得出在等时间间隔中正弦波与坐标轴所围成的面积，并且都存在一个幅值为U d的矩形电压脉冲来替代与其相对应的的正弦波部分。这样2N个宽度不等，但幅值相等的矩形脉冲序列就组成了一个与正弦波等效的脉宽调制波形，其半个周期的波形如图3.1所示。

图3.1 PWM波等效正弦波

显而易见，当N取值非常大时，得到的等效的矩形脉冲序列将与正弦波的波形十分相似。

3.1.2单相单极性SPWM逆变器

我们以图 2.11所示的单相桥式PWM逆变器电路说明单极性SPWM逆变器的工作原理，图中VT1–VT4四只功率开关管构成桥式逆变电路，而PWM输出的驱动脉冲的宽度由参考正弦波U r和三角波U c 决定。单极性调制中四个不同的信号分别控制四个开关管，其中由一正弦参考波与三角波相比较产生VT1和VT2的控制信号。当采用单极性调制方式时，在正弦波的半个周期内系统逆变电压的极性不发生变化，在开关切换的过程中，逆变输出电压先变为零，电流通过主电路中的二极管续流。这样一直不停的进行这一过程，在一个正弦波半周内调制脉

冲电压始终为一个极性，输出端输出的逆变电压有为零的过程。PWM 的工作方式遵照以下原则:(1)VT1和VT2通断互补，VT3和VT4通断互补；(2)在U r和U c极性变换时刻实现功率开关管VT1–VT4的通断转换。

在U r处于正半周时，VT1导通，VT2关断。当U r>U c时，VT4导通，VT3关断，此时，U0=U d。而当U r

在U r处于负半周时，VT1关断，VT2导通。当U r>U c时，VT4关断，VT3导通，此时，U0=-U d。而当U r

3.1.3单相双极性SPWM逆变器

与单相单极性SPWM逆变器中的开关管控制相比，双极性调制中两桥臂交叉对应的开关管VT1和VT4，VT2和VT3分别组成一组，控制信号同时其开通或关断，两组开关管的导通状态呈互补关系。单极性电路的正弦波U r和三角波U c同相，与其相比双极性SPWM逆变器的不同之处在于电路的三角波U c在正弦波的半个周期内有正有负，所得到的PWM波也有正有负。双极性PWM逆变器原理如下：在U r>U c时，VT1和VT4导通，VT2和VT3关断，U0﹦U d；

在U r

双极性SPWM逆变器的突出特点是不存在电流的续流过程，这就造成输出电流的变化率比较大，从而对外界的形成的干扰较强。相比于双极性SPWM逆变器，单极性SPWM逆变器的优点是系统中存在电流续流过程，这就使得输出电流的变化率较小，谐波分量比较小且便于消除，从而也会减小对外部设备相应的的谐波干扰。每次开关管开通或关断时，单极性调制电压变化的幅度仅为双极性调制的一半，这就使得

开关管所受的开关应力比较小。此外，单极性调制的倍频现象使系统对外部的干扰减小，因此本文采用单极性调制方式。

3.2光伏并网逆变器的输出控制

3.2.1并网逆变器的控制目标

光伏逆变并网系统的作用是将光伏电池组件发出的直流电转换为正弦交流电，然后转换过的正弦交流电流入公用电网从而向电网供电。光伏逆变并网系统其实是一个有源逆变的系统[32]。虽然各种光伏并网的控制策略不尽相同，但其都有着一致的目标，即通过对逆变器中的可控器件进行控制使其输出高质量的正弦交流电流，同时输出的正弦电流还满足与公用电网电压保持同频同相，所以一般控制系统都是将并网逆变器输出的正弦电流I作为被控制量。图3.2为并网逆变系统在正常工况下的简单等效电路，其中U AB为并网逆变器输出端电压、U net为公用电网电压。对其电路图进行频域分析可得：

（3.1）由式3.1可得出光伏逆变器并网的矢量图（图3.3），

因为在并网逆变器的输出端存在滤波电感L，使得光伏逆变器输出端的交流侧电压U AB与公用电网电压U net之间存在相位差，所以为达到逆变器输出端的输出电流I L与公用电网电压U net同相位的目的，公用电网电压U net要滞后于光伏并网逆变器的输出电压U AB。

图3.2并网逆变器逆变侧的等效电路图3.3 逆变器的并网矢量图3.2.2并网逆变器的输出控制模式

就对并网逆变器的输出控制而言，目前主要有电流型控制和电压型控制这两种控制模式[33]。电压型控制模式的原理是将逆变器输出电压当做控制系统的受控量，以此来保证逆变器输出的交流电压信号与电网电压同频同相，这时整个光伏逆变系统就可以看作一个受控电压源，并且这个电压源内阻很小；电流型控制模式的原理则是将逆变器输出端的电感电流当做控制系统的受控量，以此来保证逆变器输出的交流电流信号与电网电压同频同相，这时整个光伏逆变系统就可以看作受控电流源，并且这个电流源内阻较大。本文中的逆变并网系统采用了电流型控制模式，被控制量是并网逆变器的输出电流。

上一节己经分析了并网逆变器工作时的等效电路图和并网矢量图，由图3.3所示，光伏并网逆变器中逆变部分将矢量图中的电流I L作为了系统控制的关键量，要实现对电流控制的目的，主要有两种方法：一种是通过控制逆变器输出端的电压来间接控制I L，我们称此为间接电流控制；另一种是直接控制I L，从而完成对逆变器交流侧电流和功率因数控制的目地，我们称其为直接电流控制。上述两种方法的介绍如下：

1) 间接电流控制这种方法只考虑了稳态控制过程，并没有将动态过程考虑进去，在稳定工作时的电流已知I L的前提下，通过控制PWM 输出基波电压的幅值和相位可以间接控制并网电流。

假设输入电网的功率为P ，则有 2tan L net net L net U U P U i U L L

φωω=== （3.2）

从而有

（3.3）

另外，逆变器输出电压满足，

（3.4） 对于SPWM 逆变器，输出电压基波满足

(3.5) 其中m 为调制度

所以有关系

(3.6)

从以上各参数之间的关系可以看出，它们是一一对应的，当电网电压和电感不发生改变时，通过逆变器输出的电流和功率，依据式（3.3）和式（3.6）就可以计算出U net 滞后于U AB 的角度Φ和正弦脉宽调制的调制度m ，也就是说，为了实现控制并网电流的目地，需要对逆变器的输出电压U AB 幅值和相位进行控制，而要控制电压相位和幅值，只要控制Φ和m 就可以了。

间接电流控制法控制原理简单并且易于实现，而且无需对并网电流进行检测。但是其缺点也很明显，这种控制方法动态响应比较慢，其使用的前提是公用电网电压不会发生变化，但在现实生活中电网负载变化会对电网造成扰动，电网电压的波形也难免会发生畸变，如果将这些因素考虑进去，控制系统将会比较复杂，在前期信号的计算过程中要用到

电路的参数，如果在工作过程中电路参数发生变化，将会不可避免的对控制效果造成影响。

2) 直接电流控制法需要先通过运算得到公用电网侧交流电流指令值，然后再将交流侧电流反馈引入控制系统，通过直接控制交流电流，使引入的反馈值跟踪交流电流指令值[34]。在光伏并网逆变器中，一般采用锁相环来获得公用电网的电压同步信号，之后再与预先给定的电流幅值相乘获得用来参考的正弦波电流，最后通过对交流侧输出的实际电流进行控制可以实现对这个参考电流的跟踪。相比于间接电流控制，直接电流控制的不同之处在于引入了交流电流反馈，这种控制方法的动态响应性能更佳，不过多地依赖系统参数，另外控制系统的电路也比较简单。

瞬时值反馈是直接电流控制最显著的特点，根据跟踪方法的不同，又可将直接电流控制分为电流滞环控制，三角波比较控制，定时瞬时比较控制。前两种控制方法在实际生产中比较常用，以下是对这两种方法的简单分析：

（1）电流滞环控制[35]

图3.4为电流滞环控制的控制框图，如图所示，将指令电流信号i*减去实际输出电流信号i，所得到的二者差值输入滞环比较器，最后经驱动电路产生控制逆变电路的驱动信号。电流滞环控制在开关管的工作频率比较高时，响应速度很快，负载或者电路的变化对其影响比较小。但在设计滞环宽度时通常设定的数值是固定的，这将会导致开关管的工作频率不固定，从而对滤波器的设计工作带来很大困难，从而使滤波比较困难。

图3.4 电流滞环控制原理图

（2）三角波比较控制

图3.5为三角波比较控制的控制框图，如图所示，将指令电流信号i*减去实际输出电流信号i，所得到的差值信号输入PI调节器，放大后的信号再与高频三角载波比较经过驱动电路产生控制开关管的驱动信号。三角波比较控制法不能无静差跟踪正弦信号，同时引入积分还会产生电流相移，进而降低电能的质量，采用P调节器可以一定程度上解决此类问题。逆变电路中开关管的工作频率和输出电流的频谱都是固定的，滤波器设计比较容易，因此这类方法使用较多。

图3.5 三角波比较控制原理图

3.3并网电流闭环控制系统数学模型

为使控制系统具有良好的动静态性能和抗干扰性，系统的电流闭环设计显得尤为重要。经过3.2.2节讨论本文采用基于瞬时值反馈的三角

波比较控制方式。系

统的控制框图如图3.6所示，电流i L *与并网电流瞬时反馈值i L 先作差处理，再将差值送入控制器，调制波即为调节后的信号，将其与三角形载波比较，得到控制逆变器的SPWM 信号，最后经滤波电感滤波后得到符合并网要求的电流。其中，U AB 为逆变器输出端电压，U net 为公用电网电压。控制器的传递函数G 1(s)，为逆变器的传递函数为G 2(s)，滤波器传递函数为G 3(s)。根据图3.6所示的控制系统框图，可以建立系统的数学模型。

图3.6并网电流闭环控制系统框图

对逆变器的输出端有：

(3.7)

式（3.7）中，U AB 代表逆变器输出电压，U net 代表公用电网电压，i L 代表电网侧电流，L 代表滤波电感，R L 代表电感串联的等效电阻。

用复频域方法来分析式（3.7），可得：

31()(()())()(()())L A B n e t A B n e t L

i s U s U s G s U s U s L s R =-=-+ (3.8)

其中

(3.9)

即为滤波器传递函数。

本文采用电流瞬时值反馈与三角波比较控制，在三角波比较控制中，PI 控制器应用最为广泛，其传递函数为：

(3.10)

式中，K P 为PI 控制器的比例系数，K i 为PI 控制器的积分系数。 本文设计的逆变器工作频率取10kHz ，远远大于电网频率，忽略开关管的延时及死区时间的影响，逆变器可以等效为一个小惯性环节，其传递函数为：

(3.11) 式中，T PWM 代表一个开关周期，K PWM 代表逆变器的增益，此时的并网电流控制结构框图如图3.7所示：

图3.7并网电流PI 控制结构框图

为了得到更加稳定的动态性能和更加快速的响应，通常二阶系统模型来设计控制系统，在对PI 控制器的参数进行设计时，常采用工程上的二阶最佳工程设计法[36]。

由图3.7可得出控制系统的开环传递函数，为

0111()()111P i PWM PWM i L P PWM L PWM i L

K s K K K K R G s K s L s T s Ls R T s s K R +=+??=??++++

光伏并网逆变器控制方法研究(小论文)

光伏并网逆变器控制方法研究 【摘要】本文以3KW的家用型光伏并网发电系统为例，对光伏并网发电系统的核心——并网逆变器，进行控制策略的研究。在MATLAB/SIMULIINK环境下建立光伏并网发电系统的数学模型，并选用电流滞环比较控制、无差拍控制、数字PID控制进行仿真研究。仿真结果表明，三种控制策略都能得到符合并网要求的输出电流，其中无差拍控制得到的电流波形最佳。 【关键词】光伏并网，最大功率点跟踪，逆变控制，MA TLAB 1绪论 自世界上第一座光伏电站建立以来的40多年间，光伏发电产业的发展非常迅速。截至2014年，全球的光伏装机总容量超过了160GW，我国的光伏装机总量也达到了28GW。不过，在我国光伏产业发展迅速的背后，隐藏着光伏并网率低的问题。针对这一问题，本文以3KW光伏并网发电系统为例，对并网逆变器的控制方法进行研究。同时，对传统的逆变控制方法进行改进，以获得更好的逆变效果。 2光伏并网发电系统的组成 如图2.1所示，本文采用的是双级式的单相光伏并网发电系统。整个系统由光伏电池、DC/DC变换环节、DC/AC逆变环节和滤波器组成。光伏电池输出的电能进入DC/DC变换环节进行升压，同时实现最大功率点跟踪；稳定的直流电压由DC/AC逆变成交流电流，经过LC滤波器后并入电网。 Grid 图2.1 双级式单相光伏并网发电系统 3MPPT算法 最大功率点跟踪（MPPT）是指在温度、光照发生变化时，系统仍能使光伏电池的保持最大功率输出。目前，常用的MPPT控制算法有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法[1-2]和模糊控制[3]等。 本文采用的MPPT算法是一种改进的电导增量法，电导增量法的控制原理是：通过比较光伏阵列的瞬时导抗与导抗变化量的方法来实现对最大功率的跟踪；理论依据是光伏电池 dP dU=，的P-V特性曲线是一条单峰的曲线，在最大功率点处功率对电压导数为0，即/0 dP dU的符号来确定增大或减小电压。这种判断方法需要多判断一次dU的符通过判断/ ?作为判断式，避免了分母为0的情况，号，增加了工作量。针对此问题，本文以dP dU 简化了控制过程，使算法更为简单。算法的仿真模型如图3.1所示。

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单相光伏并网逆变器的研究

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摘要 能源危机和环境问题的不断加剧，推动了清洁能源的发展进程。太阳能作为一种清洁无污染且可大规模开发利用的可再生能源，具有广阔应用前景。并且伴随“智能电网”理论的兴起，分布式电力系统正日益受到关注，光伏逆变系统作为分布式电力系统的一种重要形式，使得对该领域的研究具有重要的理论与现实意义。 论文在分析光伏逆变系统发展现状与研究热点的基础上，探讨了光伏逆变系统的主要关键技术，对直接影响光伏逆变系统的工作效率以及工作状态的最大功率点跟踪控制、光伏逆变器控制等技术进行了详细研究。 为研究光伏逆变系统，本文建立了一套完整的光伏逆变系统模型，主要包括光伏电池模块，前级DCDC变换器，后级DCAC逆变器，以及相应的控制模块。为了提高系统模型的准确性及稳定性，论文设计了一种输出电压随温度光照改变的光伏电池模型，提出了一种基于Boost 升压变换器的最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并且将正弦脉冲宽度调制技术（SPWM）应用于逆变器控制。最后在MatlabSimulink软件环境下搭建了光伏逆变系统的整体模型，完成系统性的实验验证。 经过仿真实验验证，所提出的光伏逆变系统设计方案正确可行，且输出达到了设计要求，为进一步实现并网功能提供了条件，具有较高的实用参考价值。 关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；光伏逆变系统；正弦脉冲调制技术

ABSTRACT With intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy . The solar energy because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System . As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field. This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which work efficiency and work condition and technology of PV inverter. In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DCDC converter and DCAC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper

光伏并网逆变器的研究概要

光伏并网逆变器的研究 【中文摘要】针对全球范围内能源紧张的局面,开发利用太阳能越来越受到重视。太阳能光伏并网发电是太阳能利用的主要形式,具有广阔的发展远景。本文就是在此背景下,对太阳能并网发电系统的核心器件并网逆变器进行重点研究。为此,论文主要对逆变器的电路拓扑结构、最大功率点跟踪、并网控制方案以及在并网过程中的反孤岛技术进行了分析研究。首先,简述了国内外光伏发电的现状和发展趋势,根据单相光伏并网发电系统的特点,本文选择了合适的主电路拓扑结构,该结构没有变压器,具有体积小、本钱低、控制方案易实现等优点。其次,通过比较分析目前太阳能电池进行最大功率跟踪的各种传统方法,运用了一种基于改进型Fibonacci线性搜索的最大功率跟踪算法。理论上证实了通过调节DC/DC升压电路的占空比可以改变太阳能电池的输出功率,以使太阳能电池工作于最大输出功率点上。本文阐述了添加反孤岛效应保护的必要性,通过对反孤岛效应的主动和被动检测方法的对比,最后采用了周期性扰动AFDPF检测方法并对其进行仿真验证。最后,本文对光伏并网逆变器的控制方案进行了分析,采用了基于SPWM的电流输出控制算法,该方法具有开关频率固定、物理意义清楚、实现方便等优点,通过MATLAB进行了仿真,结果表明了该方案的有效性和可行性。'); 【Abstract】 For the strenuous energy sources currently in the global scope,exploiting and utilizing the solar energy is paid more attention by many people than before. Photovoltaic(PV) generation,one important method of using solar energy,is very promising.Under this background,the dissertation deeply researches the PV grid-connected inverter,which is the hard core of the system.The *** analyzed the topology of the inverter,maximum power point tracing(MPPT),the control method of the inverter and the technology of grid-connected such as anti-island.Firstly,it briefly introduces the present situation and the development prospects of Photovoltaic generating at home and abroad.Based on the character of single-phase PV grid-connected system,the *** expatiated a suitable topological construction,which doesn\'t use the transformer with features which the small size, low cost and easy control strategy and so on.Secondly,by comparing many different traditional methods,this *** finds a new way to use a new Fibonacci search algorithm to realize the maximum power point tracking(MPPT).In this thesis,it is demonstrated theoretically that the maximum power-output can be matched by adjusting the duty ratio of the DC/DC circuit.This *** presents the needed of anti-islanding effect,analyses the active and passive detecting methods separately,then verifies the validity of the active frequency drift with periodical disturbance and positive feedback method.Finally,several popular control methods of inverter are simply analyzed.Based on SPWM,the scheme of current control have

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图

随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。 在光伏并网系统中，并网是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC 两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图 逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。

图2 逆变器原理框图 控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。 图1 光伏并网系统结构图 图3 控制矢量图 在网压Vac(t)为一定的情况下，IN(t)幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量Vs(t)的幅值，及其与网压Vac(t)的相位差来决定。改变Vs(t)的幅值和相位就可以控制输入电流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽略不计得到如图3b所示的简化矢量三角形关系，即下式： (2) 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式： (3)式中K= L/TC，TC为载波周期。 从该模型即可以得到本系统所采用的图4所示的控制框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。

毕业设计-单相光伏并网逆变器的控制原理及电路实现

第一章绪论 1.1 光伏发电背景与意义 作为一种重要的可再生能源发电技术，近年来，太阳能光伏(Photovoltaie，PV)发电取得了巨大的发展，光伏并网发电已经成为人类利用太阳能的主要方式之一。目前，我国已成为世界最大的太阳能电池和光伏组件生产国，年产量已达到100万千瓦。但我国光伏市场发展依然缓慢，截至2007年底，光伏系统累计安装100MWp，约占世界累计安装量的1％，产业和市场之间发展极不平衡。为了推动我国光伏市场的发展，国家出台了一系列的政策法规，如《中华人民共和国可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源十一五发展规划》等。这些政策和法规明确了太阳能发电发展的重点目标领域。《可再生能源中长期发展规划》还明确规定了大型电力公司和电网公司必须投资可再生能源，到2020年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例要达到3％以上。对于这一目标的实现，光伏发电无疑会起到非常关键的作用。 当下，我国地方和企业正积极共建兆瓦级以上光伏并网电站，全国已建和在建的兆瓦级并网光伏电站共11个（2008年5月前估计），典型的如甘肃敦煌10MW 并网光伏特许权示范项目，青海柴达木盆地的1000MW大型荒漠太阳能并网电站示范工程，云南石林166MW并网光伏实验示范电站。可以预见，在接下来的几年里，光伏并网发电市场将会为我国摆脱目前的金融危机提供强大的动力，光伏产业依然会持续以往的高增长率，光伏市场的前景仍然令人期待。光伏并网发电系统是利用电力电子设备和装置，将太阳电池发出的直流电转变为与电网电压同频、同相的交流电，从而既向负载供电，又向电网馈电的有源逆变系统。按照系统功能的不同，光伏并网发电系统可分为两类：一种是带有蓄电池的可调度式光伏并网发电系统；一种是不带蓄电池的不可调度式光伏并网发电系统。典型的不可调度式光伏并网发电系统如图1-1所示。

光伏并网逆变器控制设计

２０１３．１Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１ 研究与设计 收稿日期：２０１２－０６－１７ 基金项目：省教育厅自然科学一般项目支持（ＫＪ２０１１Ｂ１３６）作者简介：张为堂（１９７６—），男，安徽省人，实验师，硕士，主要研究方向为电力电子技术及智能控制。 光伏并网逆变器控制设计 张为堂，王 俊，周泽华 （合肥学院机器视觉与智能控制技术重点实验室，安徽合肥２３０６０１） 摘要：基于Ｃ８０５１Ｆ００５单片机设计并实现光伏并网逆变器控制系统。系统由两块ＩＲ２１１０驱动４个ＩＲ５４０构成的Ｈ桥逆变电路，直流电源经过ＬＣ滤波后实现逆变。详细介绍了主电路、保护电路、滤波电路、采样保护电路以及变压器的设计；给出了具体的软件流程图；经过测试系统压差百分数最大值是０．０１３４２２％，最大频偏百分数为０．３４３％，阻性负载下最大相差０．９１，系统的效率达到了８３．００％，完全达到或者超出了系统的设计要求。关键词：光伏；逆变器控制；Ｈ桥逆变电路中图分类号：ＴＭ９１４．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１３）０１－００７１－０３ Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ ＺＨＡＮＧＷｅｉ－ｔａｎｇ，ＷＡＮＧＪｕｎ，ＺＨＯＵＺｅ－ｈｕａ （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｃｈｉｎｅＶｉｓｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３０６０１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＣ８０５１Ｆ００５ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｄｅｓｉｇｎ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｂｌｏｃｋｓｏｆＩＲ２１１０ｄｒｉｖｅｒ４ＩＲ５４０ＨｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔｔｈｒｏｕｇｈａＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＬＣｆｉｌｔｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｓａｍｐｌｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ；ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｗａｓｇｉｖｅｎ．Ａｆｔｅｒｔｅｓｔ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｙｓｔｅｍｉｓ０．０１３４２２％，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｖｉａｔｉｏｎｉｓ０．３４３％，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｏａｄｕｎｄｅｒｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｎｇｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｓ０．９１，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒｅａｃｈｅｓ８３．００％，ｗｈｉｃｈｆｕｌｌｙｍｅｅｔｏｒｅｘｃｅｅｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＶ；Ｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ；Ｈｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ １设计要求 光伏发电在现代社会发展的过程中扮演着越来越重要的作用，研究光伏发电装置的设计有着比较重要的现实意义。现有一光伏逆变器设计要求如下： （１）具有最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ）功能：ＲＳ和ＲＬ在给定范围内变化时，使Ｕｄ＝１／２Ｕｓ，相对偏差的绝对值不大于１％。（２）具有频率跟踪功能：当ｆＲＥＦ在给定范围内变化时，使ｕＦ的频率ｆＦ＝ｆＲＥＦ， 相对偏差绝对值不大于１％。（３）当ＲＳ＝ＲＬ＝３０Ω时，ＤＣ－ＡＣ变换器的效率h ≥６０％。（４）当ＲＳ＝ＲＬ＝３０Ω时，输出电压ｕｏ的失真度ＴＨＤ≤５％。（５）具有输入欠压保护功能，动作电压Ｕｄ（ｔｈ）＝（２５±０．５）Ｖ。（６）具有输出过流保护功能，动作电流Ｉｏ（ｔｈ）＝（１．５±０．２）Ａ。 ２方案设计 ２．１设计思路 其实上述设计要求的重点和难点在于如何在提高效率的前提下实现ＭＰＰＴ控制和频率相位的跟踪。本系统采用单片机控制输出电压和参考电压比较差来实现对输出电压的相位 和频率的跟踪，通过扰动法来实现ＭＰＰＴ最大功率点跟踪［１－２］。 ２．２系统结构 光伏并网逆变器的硬件设计是整个系统设计的基础，只有在系统硬件设计可行稳定可靠的前提下，其他控制方案才能得以继续。系统硬件主要包括ＤＣ－ＡＣ模块、驱动电路模块、滤波电路、保护电路、频率相位跟踪电路、变压器设计电路等模块。整体结构框图如图１所示。 ３各功能模块的设计与实现 ３．１ＤＣ－ＡＣ模块 本系统的逆变主电路图采用典型的Ｈ桥变换电路，选用的逆变主元器件是ＩＲＦ５４０，因为在导通状态下，其通态阻值非常小（仅为０．０４７Ω）［３－４］，这样可以在很大程度上减少损耗，提高系统的效率，主电路如图２所示。 ３．２驱动电路设计 驱动电路采用两块ＩＲ２１１０驱动４个ＩＧＢＴ管ＩＲＦ５４０，因 图１系统结构框图

一文看懂光伏逆变器工作原理!

一文看懂光伏逆变器工作原理！ 工作原理及特点 工作原理： 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。 特点： (1)要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 (2)要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 (3)要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在 10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原

理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。 1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。

三相光伏并网逆变器的设计

三相光伏并网逆变器的设计毕业设计开题报告 1 选题的目的和意义 随着社会生产的曰益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。存阳光充足时，太阳能发出的电可供使用，而不使用市网电；在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。 光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了闸述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。 2 本选题的国内外动向 太阳能光伏并网发电始于20世纪80年代，由于光伏并网逆变器在并网发电中所起的核心作用，世界上主要的光伏系统生产商都推出了各自商用的并网逆变器产品。这些并网逆变器在电路拓扑、控制方式、功率等级上都有其各自特点，其性能和效率也参差不齐。目前在国内外市场上比较成功的商用光伏并网逆变器主要有以下几种： 1．德国SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆变器艾思玛太阳能技术股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆变器第一大生产供应商，并引领着全球光伏领域的技术创新和发展。该公司推出的Sunny Boy系列光伏组串逆变器是目前为止并网光伏发电站最成功的逆变器，市场份额高达60％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器

光伏并网逆变器拓扑结构的研究

光伏并网逆变器拓扑的研究 陈德双，陈增禄 （西安工程大学电子信息学院，西安 710048） 摘要：本文介绍了多种光伏并网逆变器常用的拓扑方案，分析了各自拓扑结构的特点、功率及适用场合，对逆变器的选型与设计提供了借鉴和参考。 关键词：光伏并网；并网逆变器；拓扑结构；Buck-boost ；三相 1 引言 跨入21世纪之后，全球正在面临能源危机，新能源已经成为世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能光伏发电技术作为新能源的重要一员得到了持续的发展。 太阳能光伏发电系统可区分为两大类：一是独立系统，二是并网系统。独立系统是由太阳能电池直接给负载提供功率，多用于向偏远无电地区供电，易受到诸如时间和季节的影响。独立系统结构图如图1-1所示。 图1-1 独立系统结构图 随着电力电子技术的进步和控制理论的发展，光伏并网发电已经成为太阳能利用的主要形式。并网发电系统的特点是通过控制逆变器，直接将太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电，输向电网，如图1-2所示。寻求高性能、低造价的光伏材料和器件以减小光伏发电系统的自身损耗是其研究热点之一。作为光伏阵列与电网系统间进行能量变换的逆变器，其安全性、可靠性、逆变效率、制造成本等因素对发电系统的整体投资和收益具有举足轻重的地位。因此，对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义。 图1-2 并网发电系统结构图 太阳光

2 光伏并网逆变器拓扑方案 并网逆变器作为并网发电系统进行电能变换的核心，具体电路拓扑众多，根据直流侧电源性质的不同可分为两种：电压型逆变器和电流型逆变器，结构如图2-1。电流型逆变器，其直流侧输入为电流源，需要串联一大电感提供较为稳定的直流电流输入，但此大电感会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用直流侧以电压源为输入的电压型逆变器。 根据逆变器的输入端和输出端是否隔离，可将逆变器分为隔离型和非隔离型。隔离型逆变器一般都采用变压器进行隔离。隔离型逆变器又可分为高频变压器型和工频变压器型。也可以根据功率变换的级数将逆变器分为单级式和多级式。 图2-1 按直流侧电源性质分类的并网逆变器结构图 2.1 按是否隔离分类 工频变压器型逆变器采用一级DC/AC 主电路，变压器置于逆变器与电网之间，如图2-2所示。这种方式可有效阻止逆变器输出波形中的直流分量注入电网，减少对电网的污染。 图2-2 工频变压器型逆变器拓扑 高频变压器型逆变器采用两级或多级变换实现并网逆变。以两级变换为例，如图2-3所示。前级将直流电压斩波为高频脉冲，通过高频变压器后整流，后级通过逆变器并网。 电压型逆变器 s s

光伏并网逆变器控制策略的研究

题目：光伏并网逆变器控制策略的研究

光伏并网逆变器控制策略的研究 摘要 世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文通过按主电路分类、按功率变换级数分类和按变压器分类的三大类划分逆变器的方法分别介绍了每个逆变器电路的拓扑结构。之后本文首先介绍了国内外并网逆变器的研究状况以及相关并网技术标准，比较了当前主流的控制技术。然后,详细的阐述了光伏并网发电逆变器系统的整体设计和各单元模块的设计,其中包括太阳能电池组、升压斩波电路、逆变电路和傅里叶变换。 在简要介绍了系统的结构拓扑和控制要求之后，论文重点研究了基于电流闭环的矢量控制策略，阐述了其拓扑结构、工作原理及运行模式。为了深入研究控制策略，分别建立了基于电网电压定向的矢量控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。最后，本文针对几种产生谐波的原因，对L、LC、LCL 三种滤波器进行了比较分析。 最后，本文对光伏并网的总系统进行了MATLAB仿真，由于时间的限制，只做出了通过间接控制电流从而达到控制有功无功公功率的仿真。 关键词：光伏并网，逆变器电路拓扑，电流矢量控制，谐波

PHOTOVOLTAIC (PV) GRID INVERTER CONTROL STRATEGY RESEARCH Abstract World deteriorating environment and the increasing depletion of traditional energy sources prompted the development of new energy and development. Solar energy resources for sustainable development has been national attention, solar countries have contributed to the severity of the introduction of the new energy law developments. Among them, the photovoltaic power generation has profound theoretical and practical significance, only in the past five years，the total installed photovoltaic power plant has reached thousands of megawatts. Connected PV array and grid PV grid-connected inverter is the whole key photovoltaic power generation system. Based classification by main circuit and the power level classification and Division of three categories classified by transformer inverter of methods each inverters circuit topologies are introduced.This article introduces the domestic and foreign research on grid-connected inverters and related technical standards for grid-connected, compared the current mainstream technology.Then detail a grid-connected photovoltaic inverter system design and the modular design, including solar arrays, chop-wave circuit, inverter circuits and Fourier transform. Briefly introduces the system topology and control requirements, this paper focuses on the current loop-based vector control strategies, describes the topological structure, working principle and its operating mode.In order to study the control strategies were established based on power system voltage oriented vector control based on virtual flux-oriented vector control.Finally, for several reasons for harmonic, l, LC, LCL compares and analyses the three types of filters. Keywords:Photovoltaic, inverters circuit topologies, current vector control, harmonic

单相光伏逆变器

小功率光伏并网逆变器控制的设计 摘要：阐述了一种小功率光伏并网逆变器的控制系统。该光伏并网逆变器由DC/DC变换器与DC/AC变换器两部分组成，其中DC/DC 变换器采用芯片SG3525来控制，DC/AC变换器采用数字信号处理器TMS320F240来控制。由于DSP实时处理能力极强，采用合适的算法能确保逆变电源的输出功率因数非常接近1，输出电流为正弦波形。该控制方案已经在实验室得到验证。 1 引言 21世纪，人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。在有限资源和保护环境的双重制约下能源问题将更加突出，这主要体现在：①能源短缺；②环境污染；③温室效应。因此，人类在解决能源问题，实现可持续发展时，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，成为理想的替代能源。文中阐述的功率为200W太阳能光伏并网逆变器，将太阳能电池板产生的直流电直接转换为220V/50Hz的工频正弦交流电输出至电网。 2 系统工作原理及其控制方案 2.1 光伏并网逆变器电路原理

太阳能光伏并网逆变器的主电路原理图如图1所示。在本系统中，太阳能电池板输出的额定电压为62V的直流电，通过DC/DC 变换器被转换为400V直流电，接着经过DC/AC逆变后就得到220V/50Hz的交流电。系统保证并网逆变器输出的220V/50Hz正弦电流与电网的相电压同步。 图1 电路原理框图 2.2 系统控制方案 图2为光伏并网逆变器的主电路拓扑图，此系统由前级的DC/DC 变换器和后级的DC/AC逆变器组成。DC/DC变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式。考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，而采用全桥式则控制复杂、开关管功耗增大，因此这里采用推挽式电路。DC/DC变换器由推挽逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电感构成，它将太阳能电池板输出的62V的直流电压转换成400V的直流电压。

光伏并网逆变器设计方案讲解

100kW光伏并网逆变器 设计方案 目录 1. 百千瓦级光伏并网特点 (2) 2 光伏并网逆变器原理 (3) 3 光伏并网逆变器硬件设计 (3) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路参数 (7) 3.2.1 变压器设计............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 电抗器设计 (7) 3.3 硬件框图 (10) 3.3.1 DSP控制单元 (11) 3.3.2 光纤驱动单元 (11) 3.3.2键盘及液晶显示单元 (13) 3 光伏并网逆变器软件 (13)

1. 百千瓦级光伏并网特点 2010年全球太阳能光伏发电系统装机容量将达到10000MWp（我国将达到400MWp），2010年以后还将呈进一步加速发展趋势。百千瓦级大型光伏发电并网用逆变控制功率调节设备，成本低，效率高，容量大，被国内外光伏界公认为是适合大功率光伏发电并网用的最具技术含量、最有发展前景的新一代主流产品，直接影响到未来光伏发电的走向。 百千瓦级大功率光伏并网逆变电源其应用对象主要为大型光伏并网电站，从原理上讲，其并网控制技术与中小功率光伏并网系统的控制技术基本相同，但由于装置容量较大，在技术指标的实现达标和功能设计方面却有较大区别。 在技术指标上，主要会影响： 1.并网电流畸变率 在系统的额定容量达到一定数量级时，一些存在的技术问题将会逐步暴露并影响到系统的性能指标，其最重要的一点就是并网电流波形畸变率的控制和电流滤波方式。该系统中的主变压器一般选择为三相Δ/Y型式，且容量较大，此时变压器的非线性和励磁电流对并网电流波形的影响不容忽视，否则会引起并网电流波形的明显畸变和三相电流不平衡。 2.电磁噪声 由于是三相桥式逆变结构，受IGBT功率模块的开关频率限制及考虑系统的效率指标，系统的电流脉动要远高于中小功率系统，对电流的滤波和噪声控制需要特别注意，此时对系统的滤波电路设计和并网电流PWM控制方式的研究至关重要。由于系统的dv/dt、di/dt和电流幅值较大，其EMI和EMC的指标实现可能存在技术难度，由于系统的噪声可能影响其电流、功率的检测和计算精度，在最大功率跟踪和孤岛效应识别等方面的影响还难以预计。 在技术指标上，主要考虑： 1)主电路工艺结构设计 2)散热工艺结构设计 3)驱动方式设计

光伏并网逆变器硬件设计以及拓扑结构

光伏并网逆变器及其拓扑结构的设计 对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价比的。但是对于光伏逆变器的设计而言，对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，欧洲效率的最大化才是最重要的。因为对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益，欧洲效率的提高同样可以，而且更加明显。欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分。因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率(图1)。 图1: 欧洲效率计算比重 1、功率器件的选型 在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，IGBT是最多被使用的器件。因为IGBT 导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。但是对于光伏逆变器而言，IGBT的这个特性反而成为了缺点。因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。在轻载时，IGBT的导通压降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。相反，MOSFET的导通压降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力，MOSFET成为了光伏逆变器的首选。另外考虑到提高欧效后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如SiC二极管，也正在越来越多的被应用在光伏逆变器的设计中，SiC肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损耗，降低电磁干扰。 为了得到最大输入功率，电路必须具备根据不同太阳光条件自动调节输入电压的功能，最大功率点一般在开环电压的70%左右，当然这和具体使用的光伏电池的特性也有关。典型的电路是通过一个boost电路来实现。然后再通过逆变器把直流电逆变为可并网的正弦交流电。 2、单相无变压器式光伏逆变器拓扑结构的设计： 拓扑结构的选择和光伏逆变器额定输出功率有关。对于4kw以下的光伏逆变器，通常选用直流母线不超过500V，单相输出的拓扑结构，如图2所示：

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图概要

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图 随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。 在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图

逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。 图2 逆变器原理框图

控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。