毕业设计(论文)开题报告
题目：基于单片机SPWM逆变器的实现——硬件部分
院（系）电信学院
专业电气工程及其自动化
班级080411班
姓名谢韵遥
学号080411122
导师张立广
2012年02月27日
1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）
在20世纪90年代，随着电力电子技术及电力半导体器件的飞速发展，国外发达国家大量推广采用用了逆变技术的电源。由此推动了各种工业技术的发展，也促进了逆变式电源的发展。在传统的逆变电源采用模拟控制无法克服固有缺点的情况下，人们越来越多地求助于数字化方案来减小控制电路的复杂程度，提高电源设计和制造的灵活性，同时采用更先进的控制方法来提高逆变电源系统的输出波形的质量和可靠性。因此，由模拟控制向数字控制的转变是逆变电源的发展趋势。
逆变器按激励方式可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变，按输出波形可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器等。正弦波逆变器输出的交流电压波形为正弦波，具有输出波形好、失真度低、对收音机及通讯设备干扰小、噪声低、保护功能齐全、整机效率高等优点，是国内外逆变器行业的研究重点。该类项目的研究已具有了较高的技术水平并已设计出相关产品，如基于各种系列单片机或DSP控制的SPWM逆变器等。从控制方法上来说，研究比较多的主要有：多环反馈控制、无差拍控制、状态反馈控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网络控制等。
正弦波脉宽调制技术(SPWM)通过按一定的规律控制开关元件的通断，从而获得一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，用来近似正弦电压波。脉宽调制技术在逆变器中的应用，对现代电力电子技术、现代调速系统的发展起到了极大的促进作用。本设计是基于SA8281和80C51的逆变系统,具有电路简单、功能齐全、性能价格比高、可靠性好等优点。SA8281是MITEL公司推出的一种专用于三相SPWM波发生和控制的集成芯片，该SPWM波形发生器与微处理器接口方便，内置波形ROM及相应的控制逻辑，设置完成后可独立产生三相SPWM波形，只有当输出频率或幅值等需要改变时，才需微处理器的干预，微处理器只用很少的时机去控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护、控制等。
2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施
系统硬件电路设计
该系统以80C51为核心，采用新型三相SPWM专用芯片SA8281组成的三相正弦波脉宽调制逆变器，利用单片机的最小系统结合液晶屏显示对正弦逆变系统的载波、调制波的各种参数进行设置，通过控制系统硬件结构完成对主回路的控制和各种保护。
(1)单片机系统的设计
单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对80C51 系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、时钟电路、复位电路、输入/ 输出设备等（见图1）。
图1 单片机最小系统框图
依据上文的内容，设计80C51 系列单片机最小系统见图2。
图2 80C51系列单片机最小系统
（2）主回路的设计
功率流程：市电输入经输入保护电路滤除噪声后，进行整流、滤波变成直流电压，然后这个直流电压输入到桥式逆变电路，通过三相逆变器再经输出变压器隔离后将整流后的直流电转换为可进行压频协调控制电压。
PWM发生器在单片机的控制下，输出六路PWM波形，通过驱动电路对输出脉冲进行调制就可以改变输出电压和频率，电机转速就会随之变化。变频器工作在0到50HZ范围内，其中设定50HZ为基频，即电机从0HZ到50HZ变化时，输出电压是遵循压频比协调变换的。
整个电路分为四大部分：整流滤波、全桥逆变电路、驱动电路以及用单片机控制PWM产生器的控制电路，另外在输入和输出端还有过流检测，电压电流取样电路以及保护电路，令系统工作更稳定可靠。
3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作。
重点：（1）80C51的最小控制系统
（2）主回路的设计
难点：主回路的设计
前期开展的工作：查找和阅读了相关资料
4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）
第1-2周：查找相关资料，做开题准备。
第3周：整理设计思路，完成设计方案，选择器件，完成开题报告，开题答辩；
第4-9周：设计各模块的原理图。
第10周：中期答辩。
第11-14周：完善系统设计；
第15-17周：完成毕业论文。
第18周：毕业答辩。
5、参考文献书名或期刊、期号：
[1]李广弟. 朱月秀 ,王秀山. 单片机基础.第二版. 北京: 北京航空航天大学出版社，2001. 248
[2]何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术北京：北京航空航天出版社，1990. 248
[3]陈伯时. 运动控制系统. 北京：机械工业出版社，2003. 310
[4]吴守箴. 电器传动的脉宽调制控制技术北京：机械工业出版社，2002. 345
[5]谭建成. 新编电机控制专用集成电路与应用北京：机械工业出版社，2005. 512
[6]周志敏.逆变电源实用技术北京：中国电力出版社，2005，271
[7]王兆安. 黄俊. 电力电子技术. 第四版. 北京：机械工业出版社，
2005. 33
[8]阎石. 数字电子技术基础. 第四版. 北京：高等教育出版社， 1998. 475
[9]于海生. 微型机算计控制技术. 北京：清华大学出版社， 1999. 29
[10]童诗白，华成英. 模拟电子技术基础. 第三版. 北京：高等教育出版社， 2001. 372
[11]周志敏，周纪海. 开关电源实用技术设计与应用北京：人民邮电出版社， 2003. 462
[12]赵晶. Protel99高级应用北京：人民邮电出版社， 2001. 524
[13]李宏，张家田. 液晶显示器件应用技术北京：机械工业出版社，2004. 290
[14]杨吉祥，詹宏英. 电子测量技术基础南京：东南大学出版社，1999. 369
[15][日]饭高成男，椎明情夫，田口英雄. 晶体管电路北京：科学出版社，2000. 193
[16] 张发生. 新型三相PWM波形发生器SA8281原理及应用https://www.doczj.com/doc/234278869.html,/psta/04-luwen/93.htm
[17]SusanA.R.Garrod,RobortJ.Borns:DigitalLogic----Analysis,Applicat
ion & Design Holt Rinehart and Winston,Inc., 1991. 75 [18]Jacob Millman,Arvin Grabel. Microelectronics,2nd Edition. McGraw –Hill, Inc. ,1988. 24
毕业设计(论文)开题报告 题目：基于单片机SPWM逆变器的实现——硬件部分 院（系）电信学院 专业电气工程及其自动化 班级080411班 姓名谢韵遥 学号080411122 导师张立广 2012年02月27日
1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 在20世纪90年代，随着电力电子技术及电力半导体器件的飞速发展，国外发达国家大量推广采用用了逆变技术的电源。由此推动了各种工业技术的发展，也促进了逆变式电源的发展。在传统的逆变电源采用模拟控制无法克服固有缺点的情况下，人们越来越多地求助于数字化方案来减小控制电路的复杂程度，提高电源设计和制造的灵活性，同时采用更先进的控制方法来提高逆变电源系统的输出波形的质量和可靠性。因此，由模拟控制向数字控制的转变是逆变电源的发展趋势。 逆变器按激励方式可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变，按输出波形可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器等。正弦波逆变器输出的交流电压波形为正弦波，具有输出波形好、失真度低、对收音机及通讯设备干扰小、噪声低、保护功能齐全、整机效率高等优点，是国内外逆变器行业的研究重点。该类项目的研究已具有了较高的技术水平并已设计出相关产品，如基于各种系列单片机或DSP控制的SPWM逆变器等。从控制方法上来说，研究比较多的主要有：多环反馈控制、无差拍控制、状态反馈控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网络控制等。 正弦波脉宽调制技术(SPWM)通过按一定的规律控制开关元件的通断，从而获得一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，用来近似正弦电压波。脉宽调制技术在逆变器中的应用，对现代电力电子技术、现代调速系统的发展起到了极大的促进作用。本设计是基于SA8281和80C51的逆变系统,具有电路简单、功能齐全、性能价格比高、可靠性好等优点。SA8281是MITEL公司推出的一种专用于三相SPWM波发生和控制的集成芯片，该SPWM波形发生器与微处理器接口方便，内置波形ROM及相应的控制逻辑，设置完成后可独立产生三相SPWM波形，只有当输出频率或幅值等需要改变时，才需微处理器的干预，微处理器只用很少的时机去控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护、控制等。
四桥臂三相逆变器的控制策略 阮新波严仰光 摘要提出了一种新型的三相四线逆变器，它有四个桥臂，第四个桥臂用来构成中点，从而省去了三相三桥臂逆变器中的中点形成变压器，减小了逆变器的体积和重量。针对这种逆变器，本文提出了一种电流调节器，它根据三相滤波电感电流和给定电流的误差值最大的那相选择逆变器的开关模态。为了消除输出相电压的静态误差，本文讨论 了一种基于PI调节器改进的电压调节方案。仿真结果表明，本文的思路是可行的。本 文为构造大功率、高效率的三相四线逆变器提供了可靠的理论基础。 关键词：三相逆变器控制策略 The Control Strategy for Three-Phase Inverter with Four Bridge Legs Ruan Xinbo Yan Yangguang （Nanjing University of Aeronaut ics & Astronautics 210016 China） Abstract A novel three phase inverter with four bridge legs i s presented in this paper.The inverter eliminates the neutral forming transforme r by adding a bridge leg to form neutral point to provide balanced voltages to a ny kinds of three phase loads.The principle of the inverter is analyzed,and a ne w current regulator,which chooses switching modes a ccording to the maximum cur rent error of filter inductance current and the reference current is proposed.Th e modified voltage regulator on the basis of PI regulator is proposed to elimina te output voltage static error under any load conditions. Keywords:Three-phase Inverters Control strategies 1 引言 三相逆变器一般是采用三个桥臂组成的拓扑结构，为了给不对称负载供电，必须在 输出端加入一个中点形成变压器(Neutral Formed Transformer，NFT)，如图1所示。中点形成变压器是变比为1的自耦变压器，工作频率为输出交流电的频率，体积和重 量很大，而且体积和重量随着负载不对称的程度变化而变化，不对称度越大，NFT的体积重量也就越大。
逆变器控制策略: 逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能。稳态性能主要是指输出电 压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD 和负载突变时的动态响应水平。在这些指标中输出电压THD 要求比较高,对于三相逆变器,一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%。 1、离网逆变器的控制性能要求主要是使其输出电压具有良好的控制抗扰性。 离网逆变器采用输出电容电流内环和输出电压外环的双闭环控制。 电流调节器可以实现快速加减速和电流限幅作用，同时使系统的抗电源扰动和负载扰动 的能力增强。 电压调节器主要是控制输出电压的稳定。 2、基于LC 滤波器的离网型逆变器 图2 基于LC 滤波的电压型离网逆变器主电路 图3 基于LC 的VSI 输出电压单闭环控制结构 图5 基于电容电流反馈的单位调节器内环控制结构 1VD 3VD 5VD 2VD 6VD 4VD 1 V 3V 5V 4V 6V 2V U V W dc C C R L dc u + -L i o i C i L u C u i u 调节 器 PWM K 1sL R +-i u o i C *u C u L i -1sC -C i ? ? ?C u L u *Cq u cq u PI P PWM K 1sL sC 1iq u C *i C i ????oq i +----
图14 基于同步坐标系的LC-VSI 双环控制结构 PI PI P P Inv.Park Trans Inv.Clarke Trans SPWM Generator Clarke Trans Park Trans Clarke Trans Park Trans *q s U *sd U sd U q s U *sd I *q s I q s I d s I a s I βs I A U βs U a s U B U A I B I 1 1ov T s +11 e T s +1 1oi T s +PI 1Ls 1Cs P 11 oi T s +11 ov T s +*Cq u C *i iq u oq i cq u C i +-+- + -+ -电流内环
逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点： PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。 重复控制
（敬请用户使用前应详细阅读此使用说明）深圳市普顿电力设备有限公司 使 用 说 明 书
请严格依照以下说明使用或安装： 1、安装逆变电源时要专业人员操作或当地经销商协助完成。 2、确认输入直流电压范围是否符合要求即+15% ，电源极性是否正确。 3、确认负载设备电压等级，功率应不大于逆变电源额定输出功率。 4、勿将液体流入逆变电源内部，或用湿布擦机器外壳。机器运行时人体不能直接接触逆变电源输入输出端子，尤其是湿手，否则造成触电伤害。 5、正常运行的逆变电源如需变动其工作环境，不可自行改变其连线，应由专业人员或经销商确认操作。 6、逆变电源运行环境应在通风良好、温度范围-20至45度环境使用，应远离明火源以及日光直射的位置。不能在结露，灰尘环境下运行。在使用过程中有一定的发热量属正常现象、但要保持安装环境的通风散热、干净清洁，特别不能阻塞通风孔。 7、未成年人不得使用本产品。 8、确认逆变电源地线可靠连接，火线和零线不能接反，线径应符合安全使用条件，连接线尽可能缩短。 9、请不要自行打开逆变电源机箱，否则我方将不承担保修事宜。 10、请保存好本说明书，作为日后参阅。 注意: A、未经许可本产品不可以用于维持生命的设备。 B、本逆变电源不适宜用于超高精密电子设备，需先经专业技术人员确认方可投入运行。 C、如果用于计算机负载，计算机的内置电源应选用品牌电源。 警告！ 严禁蓄电池反接，严禁火线和零线接反。 严禁在有易燃性、易爆性气体的环境下使用，谨防火花！ 连接顺序，务必是先接蓄电池，后接电池板；严禁颠倒顺序。
一、PD-A1系列太阳能逆变电源介绍 本系列逆变电源结合目前逆变电源的优点和缺点进行升级优化、全面改进，并且采用最新的工频逆变电路方案而设计，具备高转换效率、高稳定性、超低损耗、超强带载能力、超强抗干扰能力的特性；可为商业、工业、民用、军用、电信设备等提供可靠的正弦波交流电源。适用于直流电压为DC12V，DC24V，DC48V，DC72V的光伏离网发电场合，主要用于空调、电视、收银机、冰箱、洗衣机、电脑、电动工具、照明、工业设备、电信设备等各类负载。
https://www.doczj.com/doc/234278869.html,/ 逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：
https://www.doczj.com/doc/234278869.html,/ PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。
摘要 逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得的交流输出。随着电力电子技术的发展，逆变电源的应用越来越广泛，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。与此同时应用系统对逆变电源的输出电压波形特性也随之提出了越来越高的要求，因为电源的输出波形质量直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。 随着数字信号处理技术的发展，以SPWM控制方式设计的逆变电源越来越受到青睐。本论文叙述的就是一种基于51系列单片机设计的SPWM逆变电源。给出了系统总体构成和主电路设计，介绍了SPWM产生器SA8282的结构特性和工作原理，SA8282全数字操作、工作方式灵活、频率范围宽、精度高功能强，可实现系统的智能化设计。文中详细介绍了采用单片机8051和SPWM产生器SA8282组成系统控制器的软硬件设计，实现了逆变电源输出电压闭环控制。实验表明，由SA8282为控制芯片的逆变电源结构简单、输出波形好、性能稳定可靠，适合于中、小功率的应用场合。 关键词：正弦脉宽调制（SPWM）；SA8282；逆变电源；单片机
Abstract Inverter is a kind of using power electronic technology for electric power transformation device, it from ac or dc Input voltage of exchange obtained constant frequency output. With the development of the power electronic technology, the application of inverter power supply is more and more extensive, it across the electric power, electron, microprocessor and automatic control multi-disciplinary field, is one of the hotspots of the power electronics industry and scientific research. Meanwhile application system subsequently put the output voltage waveform characteristics of inverter power supply forward more and higher demand, because the power output waveform quality directly relates to the whole system safety and reliability index. Along with the digital signal processing technology development, the control mode design with SPWM inverter power supply more and more be favored，This article describes a SPWM inverter power supply based on the 51 series microcontroller，The three phase inverter of full digital control based on MCU 8051 and SPWM generator IC SA8282 is introduced in this paper，the system construction and main circuit design of inverter are given, the function feature and operation principle of SPWM generation IC SA8282 is described. the hardware and software design of controller implemented closed-loop of voltage by using AT89C51 and SA8282 is discussed in detail，experimental results shown the three phase output voltage waveform is quit good，the performance meets the demand. Keywords:SPWM；SA8282；inverter power supply；MCU
太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1 引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我
国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的“光生伏打现象”。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2 并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
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
离网型逆变器如何合理选配 很多人问我，我建一套光伏发电系统，离网型的，如何挑选合适的逆变器？牌子当然重要，知名的公司在网上都能查的到，而且相同的功率名牌比普通牌的在价格上贵太多。不管是名牌还是其他牌子所采用的原理都是一样的。国内的南京欧陆、固德威、景浪等也相当不错。除了牌子，产地，原理，用料，我们选择合适的、性价比好的逆变器，究竟要看什么？ 作为逆变器生产厂家做了多年技术开发和产品应用的人员，今天为大家整理了一些心得，希望能够对朋友们有所帮助。 一、几个基本技术指标要符合： 1、逆变效率：最低要≥90% 2、波形失真：<5.0% 3、过载保护：大于110%额定电流1分钟；大于150%额定电流20S；大于 180%额定电流5秒；大于200%额定电流0S。 4、要有通讯功能：例如RS485通讯 5、使用环境一般为：温度：-10℃~40℃，湿度：<95%无冷凝。 二、可靠性和性能要符合： 1、独有的动态电流环控制技术确保逆变器可靠运行。 2、负载适应能力强，包括电容性、电感性、混合性负载。 3、过载能力和抗冲击能力强。 4、具有输入过、欠压，输出过、欠压，过温，过载等完善的保护功能。 5、逆变器前面板最好采用LED显示方式，可以显示电池电压，输出电 流，输出功率等一些列参数。 总体要求：性能稳定，一键启动，控制安全可靠，以保障使用寿命长。 三、逆变器功率选择：
我们要选择逆变器，就要明白电气在开机瞬间的冲击能力～冲击也只表现在感性或容性负电气上。 逆变器瞬间能输出2倍的标称功率，容性或感性负载瞬间启动要3到7倍峰值功率。例如：1000W的空调，峰值7000W，逆变器2倍峰值，7000除2等于 3500W，就是说要用1000W功率的空调，要配3500W以上功率的逆变器才能启动。 这样说起来太复杂，下边就我们常用的电器列一下要配的逆变器功率： 1、对于像电热丝，灯泡，太阳灯之类纯电阻性家用电气，就用它的功率除以0.9。 2、电视机，以液晶为例，只要比电视标的功率大2倍的逆变器可以。 3、电脑，按选购液晶电视点加上90W功率选取(电脑主机功率)； 4、空调，非变频的按7倍峰值算，变频的按4倍峰值算。 5、对于家庭中一些小功率电气，可以忽略不计。 常见家用合理电池逆变器的配置: 小结一下： 1、家庭上网，电视电脑，照明用，请配500W以上的逆变器加上100AH电池，使用时间，4个小时。 2、冰柜，请配1500W以上的逆变器加上150AH电池。使用时间8个小时。 3、风扇，照明，配300W逆变器加36AH电池，使用时间2个小时。
下垂控制的原理是什么。？ 下垂控制是并网逆变器的常用控制原理，但是具体下垂控制的深层原理和物理含义是什么啊？查到的几乎所有的文献对此都是基于下垂控制XXXX、仿照同步发电机下垂特性XXXX，却没有一个真正说清楚仿照哪了，电机书上对同步发电机的下垂特性也没讲清楚其物理原理。向各位知乎大神求教，我看网上也有很多问这个的却没有一个回答说清楚的。 添加评论 分享 简单来说，所谓下垂控制就是选择与传统发电机相似的频率一次下垂特性曲线（Droop Character）作为微源的控制方式，即分别通过P/f下垂控制和Q/V下垂控制来获取稳定的频率和电压，这种控制方法对微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制，无需机组间的通信协调，实现了微源即插即用和对等控制的目标，保证了孤岛下微电网内电力平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。—————————————————————————————————————————— 补充说一说。 学过电机学都知道，发电机有个功角特性曲线，其中凸极同步发电机的 无功功率表达式是： 有功 功率表达式： 我们可以看出，通过控制U和功角来控制有功功率P和无功功率Q。那么反过来， 可以通过控制有功功率P和无功功率Q来控制U和功角 所以， 微电网中的常规下垂控制是通过模拟传统发电机的下垂特性，实现微电网中微电源的并联运行。其实质为：各逆变单元检测自身输出功率，通过下垂特性得到输出电压频率和幅值的指令值，然后各自反相微调其输出电压幅值和频率以达到系统有功和无功功率的合理分配。 逆变器输出电压频率和幅值的下垂特性为：
其中w0，U0分别为逆变器输出的额定角频率，额定电压。kp，kq为逆变器下垂系数。P,Q 分别为逆变器实际输出的有功功率和无功功率。P0，Q0分别为逆变器额定有功和无功功率。 由上式我们可以得到三相逆变器常规的P-f 和Q-U 下垂控制框图。 注：常规下垂控制是在系统并联逆变器的输出端等效阻抗为大电感的条件下推导得到的。然而不同电压等级的连接线路对应不同的阻感比。 在电压等级较低的线路中，阻感比相对较高。 加之每个逆变器到交流母线的距离不同，线路越长，线路电阻越大，可能会导致线路电阻相对线路感抗较大，常规下垂控制已经不能满足低压微电网控制的需求。 所以就有了一种改进型功率耦合下垂控制策略。 因为低压微电网中线路阻抗的影响已经不能完全忽视，有功功率和无功功率对电压和频率的调节存在耦合关系。 逆变电源输出的有功功率P和无功功率Q可以写为： 单台逆变器到交流母线的功率传输示意图：
基于单片机的小功率逆变器的设计与实现 作者：朱立为蒋品群廖志贤 来源：《现代电子技术》2012年第04期 摘要：为了提高逆变器的整体性能，以STC12C5A60S单片机为核心，设计并实现了一个小功率逆变器。通过单片机直接产生脉宽调制波，控制功率开关器件组成的桥电路实现逆变。根据单片机对外部电位器上电压的采样值对输出电压的幅值进行控制，使得输出电压幅度可调。采用数/模电路结合设计，使得逆变器的体积大大减小。硬件上的功能模块化设计，使整个系统的检测性和操控性大大加强。该逆变器电路简单，工作稳定可靠，且易于升级，具有较大的推广应用价值。 关键词：逆变器；单片机；脉宽调制；功率开关器 中图分类号：； TM464文献标识码：A文章编号： (College of Electronic Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China) Abstract： ed and implemented. The SCM directly produces sinusoidal pulse width modulation (SPWM) wave to control the bridge circuit composed of power switching device to realize inverse transform. It can regulate the amplitude of the output voltage according to the voltage sampling value of the external potentiometer. A digilogue circuit was adopted in the design to make the size of the inverter reduced greatly. The modular design of hardware makes the whole system easy to test and manipulate. The inverter is simple, reliable and easy to upgrade. It has a popularization and application value. Keywords： inverter; SCM; SPWM; power switch 收稿日期： 基金项目：广西高校重点建设实验室项目（200912）；广西研究生教育创新计划资助项目（2011106020809M50）0引言 逆变器是将直流电能变换成交流电能的电气装置，通常用大功率高反压电力电子器件来实现［1］。太阳能发电中，光电池阵列所发出的电为直流电。但是，大多数用电设备的供电为交流电，所以电力系统中常需要将直流电变换成交流电的逆变器。此外，逆变器在工业控制、
逆变器控制技术中国专利现状分析 发表时间：2019-07-08T09:45:52.650Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：魏小凤郑植1 [导读] 摘要：可再生能源发电并网逆变器技术是近年来的发展热点，而逆变器技术中，其控制尤为重要，包括最大功率跟踪（MPPT）、能量变换、无功补偿与谐波抑制、故障穿越、孤岛等，因此，为了更全面了解我国逆变器控制技术的发展，本文针对可再生能源发电并网逆变器技术的国内专利进行了检索，并针对其控制技术进行系统分析，以期获得相关关键技术的发展现状，进而助力我国新能源的发展。 （国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津 300300）摘要：可再生能源发电并网逆变器技术是近年来的发展热点，而逆变器技术中，其控制尤为重要，包括最大功率跟踪（MPPT）、能量变换、无功补偿与谐波抑制、故障穿越、孤岛等，因此，为了更全面了解我国逆变器控制技术的发展，本文针对可再生能源发电并网逆变器技术的国内专利进行了检索，并针对其控制技术进行系统分析，以期获得相关关键技术的发展现状，进而助力我国新能源的发展。 关键词：可再生能源发电；并网逆变器；控制引言 在当今能源紧缺的严峻形式下，光伏风力等可再生能源并网发电技术已经成为不少国家大力发展的一项技术，而逆变器是其中的关键技术[1-2]，分析逆变器控制技术的发展现状非常有必要。 本文针对可再生能源发电并网逆变器技术的国内外专利进行了检索，本次检索在德温特世界专利索引数据库（DWPI）中进行，检索截止日期为2018年8月21日，得到3655篇关于逆变器技术的专利申请。按照技术原创国将在华专利申请分为中国专利申请和国外来华专利申请，从控制技术方面对中国发明专利申请和国外来华专利申请进行了标引，分别从各技术分支占比以及申请趋势两方面对中国专利申请和国外来华专利申请进行对比分析，以期根据二者的差异性，得到相关的结论。 1各技术分支占比图1、2分别示出了中国专利申请和国外来华专利申请的逆变器控制分支占比。根据图1、2可以看出，二者的重点均放在MPPT、能量变换控制以及无功补偿与谐波抑制三个分支上，且国外来华专利申请中，MPPT占比稍大，而中国专利申请中，能量变换控制占比稍大，无功补偿与谐波抑制占比二者相当。其次，关于故障穿越以及孤岛检测技术方面，二者均占比较小。 2各技术分支申请趋势图3、4分别示出了中国专利申请和国外来华专利申请的逆变器控制分支专利申请趋势，由图3、4可知，中国的专利申请的各控制技术分支申请量从2011年开始到2014年为增长趋势，到2015年各分支申请量均大幅降低，从2015至2017年呈上升且波动变化；而国外来华专利申请中各拓扑技术分支从2009年到2011年为增长趋势，自2011年以后为下降波动趋势。可见，单从趋势上来看，国外关于逆变器各控制分支相关技术早于中国。而在具体到各控制技术分支中时，MPPT、能量变换控制以及无功补偿与谐波抑制是三个最受关注的研究分支。MPPT注重于发出能量的最大化，能量变换控制侧重于能量转化的效率，而无功补偿与谐波抑制则是可再生能源发出的电能能够并网到大电网系统中的基础性的关键技术，只有通过有效的无功补偿控制并滤除谐波才能将稳定性相对很差的可再生能源发出的电能馈送到电网系统当中，因此，无论是国内还是国外的申请人都在无功补偿与谐波抑制方面给予了相当的重视，国内申请人的申请量在近几年的攀升势头更是十分强劲。
储能逆变器的控制策略研究 发表时间：2018-05-30T10:13:41.427Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：杜学平 [导读] 摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。 （青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛 266199） 摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。储能系统应运而生，储能系统可以存储过剩的电能，在发电能力较弱时再放出电能给负载供电，实现削峰填谷，完美解决新能源间歇性发电的问题。储能系统在微电网中发挥着非常重要的作用，而储能逆变器又是储能系统中的核心部分，因此储能逆变器的控制策略研究是非常有实用价值的。 关键词：储能；逆变器；控制策略；研究 1系统结构和基本原理 图1 系统结构简图 以电池为介质的储能系统主要由电池及其管理系统（风能、太阳能的储能系统）和能量转换系统（ＰＣＳ）两个部分组成（如图1所示）。电池通过ＰＣＳ与电网交换能量（或离网负载），根据实际需要储存或释放能量。作为电池与大电网之间接口的ＰＣＳ，实际上是大功率的电力电子变流器，此处ＰＣＳ特指储能逆变器（储能变流器）。 常见的储能逆变器分为单级型和多级型两种主要形式。单级型储能变流器的拓扑仅由一个ＡＣ／ＤＣ环节构成，其优点是结构简单、控制方法简便，逆变器损耗低，能量转换效率高。但是存在以下缺点：1）一个AC-DC不可以充分多路输出；2）电池电压的工作范围不能灵活控制；3）电池电压固定不能灵活分配。由于以上确定我们选择两多级型，我们选择两级，增加一级隔离DC-DC的控制，该级控制可以根据功率灵活的扩展DC-DC通道的数量和输出电压的大小（如图2所示）。 1.1 AC-DC部分介绍： AC-DC部分拓扑采用三电平，其中开关频率为20K，功率器件为：初步选定英飞凌的DF100R07W1H5FP_B3的IGBT模组。此部分效率可达到98%。在大功率PWM变流装置中，常采用三点式电路，这种电路也称为中点钳位型（Neutral Point Clamped）电路（如图3所示）。与两点式PWM相比，三点式PWM调制主要有以下优点，一是对于同样的基波与谐波要求而言，开关频率可以低得多，从而能够大幅度减少开关损耗；二是主功率器件断开时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此这种电路应用在高电压大容量的产品上特别合适。在控制策略方面，在传统的PWM整流器双闭环控制的基础上，采用内模控制代替电流内环PI调节器，以提高系统的鲁棒性能、跟踪性能和动态响应能力。 图2 两级PCS框图图3 AC-DC主原理图 1.2 DC-DC部分介绍： DCDC部分拓扑采用CLLC准谐振开关技术，开关频率100K或者是更高频率，功率器件采用单管MOS并联组成（并联数量根据功率确定，具体原理框图见图4）。功率器件为：初步选定英飞凌的IRFP4668P6F。此部分效率可达到90%以上。隔离DC/DC部分采用CLLC谐振软开关技术，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按照正弦或标准正弦规律变化。当电流通过零点时，使器件关断（或电压为零时，器件打开），从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题并且还能解决二极管反向恢复问题，对于由于硬开关引起的EMI 等问题也有很好的改善。这种拓扑结构，电路结构简单，工作效率高，并在输入电压和负载变化范围很宽的情况下依旧具有良好的电压调节特性，不仅可以在原边实现开关管 ZVS，还可以使副边整流管实ZCS，且原副边管子的电压应力较低。 图4 DC-DC 原理框图 2、几种必要的控制模式 2.1并网模式到孤岛模式： 储能逆变器并网模式到离网模式的切换分为两种主动切换和被动切换。主动切换指人为的把储能逆变器离网；被动切换指因电网故障或者电压过低等原因，储能逆变器受到不良影响，把储能逆变器切离电网ＰＷ。主动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标正常，此时模式切换策略较为简单，只需要提供一个与电网电压相同的量作为离网模式下储能逆变器控制策略的参考值，在断开开关的同时控制方式切换为ＶＦ，电压外环给定值为电网电压幅值和频率。被动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标可能不正常，此时的控制策略需参考