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DC/DC变换器，后级DC/AC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Matlab/Simulink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 has got a promotion. The solar energy has a broad application because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System has earned more attention. 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 hotspot of PV inverter system and traverses the main techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which has a direct influence on 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 DC/DC converter and DC/AC 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 Matlab/Simulink 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 has a high practical value.
KEY WORDS: PV battery；maximum power point tracking (MPPT)；PV inverter system；sinusoidal pulse width control (SPWM)
目录
第1章绪论 (1)
1.1课题背景及意义 (1)
1.2光伏并网逆变器技术简介 (3)
1.3光伏并网逆变器的国内外现状及发展趋势 (4)
1.4本文主要研究内容 (6)
第2章光伏并网逆变系统分析 (7)
2.1逆变器拓扑结构 (7)
2.2并网逆变器输入方式 (8)
2.3并网逆变器的隔离方式 (9)
2.4 并网逆变系统的方案及其工作原理 (11)
2.4.1光伏电池的原理及数学模型 (11)
2.4.2前级Boost升压电路工作原理 (14)
2.4.3后级单相全桥逆变器的工作原理 (16)
2.5最大功率点跟踪模块的原理及分析 (17)
2.5.1最大功率点跟踪原理 (17)
2.5.2 爬山法 (19)
2.6本章小结 (21)
第3章光伏并网逆变器的控制及实现 (22)
3.1并网逆变器的SPWM技术 (22)
3.1.1 SPWM调制技术原理 (22)
3.1.2单相单极性SPWM逆变器 (23)
3.1.3单相双极性SPWM逆变器 (24)
3.2光伏并网逆变器的输出控制 (24)
3.2.1并网逆变器的控制目标 (24)
3.2.2并网逆变器的输出控制模式 (26)
3.3并网电流闭环控制系统数学模型 (29)
3.4本章小结 (32)
第4章基于SPWM的并网系统MATLAB/Simulink仿真 (33)
4.1单相光伏并网逆变系统的仿真 (33)
4.2光伏电池模型仿真 (33)
4.3并网逆变系统的仿真 (35)
4.4系统仿真结果及分析 (37)
结论 (38)
参考文献 (38)
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单相光伏并网逆变器的研究
第1章绪论
1.1课题背景及意义
被誉为全球经济血液的能源是影响国家安全的重要因素之一，是人类社会运行和发展的基础物质条件[1]。随着经济社会的快速发展，能源消耗急剧增长，能源危机也越来越引起人们的关注，能源危机是我国乃至全世界一个长久存在的严峻问题，它严重影响着经济的发展和环境的变化。目前世界资源消耗在逐年递增，其特点可以用以下两点概括为：一是发达国家放慢了对能源需求的速率，而发展中国家尤其是亚太地区的却加快了对能源消费的速率。二是在不断走向多元化的世界能源消费结构的影响下，石油的消费早在50年前就超越了能源消费量最大的煤炭，且最近几年和天然气的消耗同呈现持续上升状态。与此同时，能源消费结构也发生了变化，不再是单一的只依靠化石燃料，潮汐能、地热、风能等可再生新能源也相继被更多更广泛地开发利用[2]。但全球能源的消费依旧是以不可再生的化石燃料为主，这导致化石能源枯竭来临的那一天日益临近，能源使用引发的生态污染也日益加重，这将是未来继续困扰人们的一大问题[3]。有关数据表明，世界石油总储量约为 1.15万亿桶，如不加以节制仅够利用41年。且这种以不可再生的化石能源为主的世界能源消费结构带来的全球性的破坏力极大的能源环境问题，如酸雨、臭氧层破坏、海平面上升等，给我们的生活带来了很大的困扰。人类面临着有限的资源和严格的环保约束，要想解决能源问题，唯一途径是借助科学的力量，将风能，地热能，潮汐能等可再生洁净能源成为
能源消费结构的主导力量[4]。
我国现今正处于工业化、城镇化进程加快的时期，且正进一步扩大经济规模，对能源需求持续呈现大幅度上升趋势，但国内可利用资源相对短缺，这对能源供给形成了巨大的挑战，为缓解供求矛盾，石油天然气的需长期大量依赖进口。如今国际局势风云变幻，我国在能源的依存等国家安全保障工作方面将面临着巨大的挑战[5]。同时以煤为主的不可再生的能源结构在环境方面也给我国造成了很大困扰。因此为了全面建成小康社会，应本着可持续发展的科学发展观，进一步开发、利用可再生能源尤其是太阳能,当务之急就是改变能源消费结构。
太阳辐射的能量中被地球最终接收的可达到5.4×1024焦耳，如果这些能量的十万分之一能转变为被人们方便利用的电能，就基本上能满足了目前全世界的用电需求[6]。由此可见，利用太阳能来发电不仅可以缓解日益恶化的环境还可以从根本上解决现今能源危机。从结构特征上看，太阳能光伏发电系统可以分为三种基本类型：独立型、并网型和混合型光伏发电系统[7]。现今的光伏发电系统的九成装机容量采用的是并网模式，并网式光伏发电系统与独立式相比降低了成本且可减少维护工作。全世界并网式光伏系统年在世界范围内的年增长率可25-30%，可见并网式光伏发电系统是现今开发太阳能发电的发展方向。
逆变技术是光伏并网发电技术的核心[8]。现今的并网逆变器还需更可靠性化、更效率化、更智能化。并网逆变器性能的改进在提高系统的效率、增强能量转化的可靠性、延长设备的寿命、降低成本等方面体现至关重要的作用[9]。
1.2光伏并网逆变器技术简介
尽可能的减小能量的损耗且降低系统的成本，光伏并网发电系统采用了并网逆变器将太阳电池组件中产生的直流电转换成与电网相匹配的同频同相的交流电,并直接将交流电输入电网中,省去蓄电池储能和释放的过程,可充分利用光伏所发的电能。并网逆变器在满足太阳能电池组件输出的电力与电网电力的电压频率等电性能标准一致中担任重要的角色[10]。
逆变器也可以称为逆变电源,它是通过控制半导体功率开关的接通和断开来将直流电转变为交流电的一种变流转置，逆变器及逆变技术的简单分类[11]如表1.1所示：
表1.1逆变器及逆变技术的简单分类
分类方式
类型 1 2 3 4
输出交流电相数单相逆变器三相逆变器
多相逆变
器
输入直流电源性
质电压源型逆变
器
电流源型逆变
器
主电路拓扑结构推挽逆变器半桥式逆变器
全桥逆变
器
输出交流电的频
率低频逆变器工频逆变器
中频逆变
器
高频逆变
器
处于光伏阵列和电网中间的环节主要是用于服务用电户的光伏并网逆变器。故光伏并网逆变器的技术研究是从光伏阵列、电网和用电户要求这三个方面来开展的。
首先，只有光伏阵列工作在最大功率点处或其附近，才能提高输出特性是呈非线性，输出功率随着日照强度和环境温度等外部环境变化而变化的光伏发电系统中的光伏电池的转换效率[12]。而逆变器就应能使光伏阵列的输出电压逼近于最大功率点处的电压[13]。
其次，逆变器与电网直接相连，要符合国家电网的相关规定[14]。根据国外推出的并网标准的相关规定大体总结为THF<5%、各次谐波含量≦3%、动态响应性能应良好、均应具备必要时能快速准确切断并网逆变器与电网的连接的防孤岛效应功能[15]。但随着多逆变器广泛应用于光伏并网发电系统中，使防孤岛效应的难度有所提升，这将是未来开发多逆变器亟待解决的难题。
最后，逆变器要想普遍的推广开来，应尽量满足用电户在对逆变器选择方面的一些基本要求，比如安全保障、价格适中、转换率高、使用年限长等。
1.3光伏并网逆变器的国内外现状及发展趋势
光伏逆变器的市场最早在欧洲开辟，现如今光伏技术处于世界领先地位欧洲已具备了完善的光伏产业链和占据了庞大的市场。其中在欧市场占有率≧50%，全球市场占有率≧33%的SMA是位于欧洲具有全球最早建立且规模最大的光伏逆变器生产企业。下面就以SMA公司产品的发展为例子来简单介绍一下国外光伏逆变器的发展状况。当前SMA 公司上市的相关产品主要有组串逆变器，集中逆变器和多支路逆变器等三个系列，其中SB(Sunny Boy)系列以转换效率高，功率因数高，谐波
失真低等特点被广泛应用。多支路逆变器系列是最新产品，其优势为结构方面采用的是DC-DC变换和DC-AC变换两级独立能量变换结构,而且它的每一个相互间独立的支路又具有单独跟踪太阳能电池的最大功率点的功能[16]。这些优势为节约电池成本和提高系统效率做了很大贡献。
Satcon公司开发的光伏逆变器也具有最大功率点跟踪功能主要应用于中、大功率范围。Smiemens公司上市的逆变器结构采用的是由一个主逆变器和若干个从逆变器的组成的主从式的结构,可满足系统的容量要求，但灵活性差，系统扩展不便[17]。
现今国外的光伏并网逆变器产品的技术研发的重点主要是放在DC-DC变换的最大功率点和DC-AC变换的逆变部分上。同时在扩大功率适应范围，增加系统的安全可靠性、提高系统扩展性、进一步完善的电路保护方面也有所改进。
与之相比，目前的国内市场规模小，虽说国内生产厂商众多，但专门生产这类逆变器的却不多。国内企业虽已研究多年具备一定的规模和竞争力，但在核心技术、产品质量、生产规模上与国外企业相比仍具有很大差距[18]。且我国光伏并网发电技术的研究起步比较晚，目前光伏并网逆变器在市场上基本没有国产的光伏逆变器。一些大学和科研单位对光伏并网逆变器技术作了一定的研究，而且国家科技部也非常的重视逆变器的研究工作为项目研究拨出了相当大数额的经费。国内对光伏并网逆变器的研究主要集中于最大功率点跟踪和逆变部分两级互相独立的能量转换结构[19]。现已建立的光伏并网系统只是示范工程，其中的核心器件逆变器的获得仍主要依靠进口。因此要发展我国的光伏并网发电产业，应从根本上解决核心部件的独立研发难题。
就国内市场而言，规模虽小，但未来光伏电站市场的巨大发展空间和发展潜力是不可估量的。目前国内光伏逆变器的领导品牌主要是阳光电源、艾思玛、KACO等，其中合肥阳光电源公司生产的光伏逆变器在中国市场占据的份额≧70%，且通过代理渠道进入国内市场的国外企业多数由于售后服务提供难度大整体上在中国市场的占有率不高。
从技术方面来看，小功率逆变器的技术国内外基本处于同一水平。但大功率并网逆变器上，国内企业在转换效率、结构工艺、智能化程度、稳定性等方面与国外先进水平还有很大的差距，仍需进一步发展。1.4本文主要研究内容
论文选题结合工程实际，通过对光伏逆变系统的组成结构和主要关键环节的原理分析，在Matlab/Simulink仿真软件环境下建立光伏逆变系统的整体数学模型，对其关键的控制策略进行设计研究，并进行系统性的仿真实验分析，具体研究内容如下：
1.基于BOOST变换器的光伏电池最大功率点跟踪算法与实现方法研究
以Boost升压变换器为主要结构，建立能实现光伏电池最大功率点跟踪（MPPT）控制的DC/DC变换系统的数学模型。
2. 基于SPWM控制算法的光伏逆变系统仿真模型建立
建立以DC/AC变换和PWM调制策略为特点的正弦脉宽调制（SPWM）控制光伏逆变系统仿真模型；
3. 光伏逆变系统的仿真实验与结果分析
通过具体应用系统的分析设计和模拟调试实验，验证系统建模和控制方法的可行性与正确性。
基于以上研究内容，本文主要分以下几章进行研究：
第一章，通过对国内外光伏逆变技术的发展现状和前景分析，给出光伏逆变系统所存在的问题与不足，并提出本论文所要研究的主要内容和工作计划。
第二章，分析光伏逆变系统的总体构成和工作原理，给出总体设计方案，分析了光伏电池，Boost升压电路，最大功率点跟踪算法，并网逆变器等主要模块的原理，为后文的研究工作打下良好基础。
第三章，提出了基于正弦脉宽调制技术的逆变器并网电流反馈控制策略，建立以DC/AC变换和PWM调制策略为特点的SPWM控制光伏逆变系统的数学模型；
第四章，在Matlab/Simulink仿真软件环境下，将光伏逆变系统各模块整合，对光伏逆变系统整体模型进行实验，验证系统建模和控制方法的可行性与正确性。
第2章光伏并网逆变系统分析
2.1逆变器拓扑结构
根据拓扑结构的不同，逆变器主要有半桥逆变电路，全桥逆变电路和带中心抽头变压器的逆变电路三种类型[20]。为了保持直流侧串联的两个电容电压相等，半桥逆变电路一般通过添加两个等值电阻来实现，这种拓扑结构的逆变器应用于功率比较小的逆变电源中。单相带中心抽头变压器逆变电路中的开关器件所承受的电压与全桥逆变电路相比提高了一倍，但是这种结构要求含有一个带中心抽头的变压器，使得电路的体积将会变大，另一方面也使系统的建设成本增加，另外，变压器对外漏磁带来的电磁干扰同样是一个不容忽视的问题。全桥逆变电路开关管的工作电流比半桥型减小了一半，在功率比较大的逆变电源中得到了
广泛应用。因此本文选用了全桥逆变电路作为系统的逆变部分。
2.2并网逆变器输入方式
根据输入方式上的差别，并网逆变器主要有电流型和电压型两大类。电流型并网逆变器结构如图2.1所示，其输入端串联了一个电感，作用为通过储能使输入端具有阻抗较高的特点，从而输入侧近似看作电流源。电压型并网逆变器结构如图2.2所示，其输入端并联了一个电容，作用是通过储能使输入端具有阻抗较低的特点，从而输入侧近似看作电压源[21]。
图2.1电流型并网逆变器结构图图2.2电压型并网逆变器结构图电流型并网逆变器对直流电压没有太多要求，低于并网侧电压峰值也可以工作，这种拓扑结构省去了中间采购DC/DC升压环节设备的开销，且采用电感使用寿命较长，工作性能稳定，可靠性比较高。与电压型并网逆变器相比，直流侧串接一个电感而不是并联电容，逆变器输出端采用LC滤波器来滤除输出电流中的高频谐波。开关管由可控器件与二极管串联组成，这种结构可以阻止反向电流通过，同时对于可控器件的耐压性也有很大提高。在实际的光伏并网逆变系统中，电流型并网逆
变器应用较少，这是因为光伏发电中大多数电源都属于电压型，逆变器输入级串联电感使得系统在建设成本和设备体积上都不如并联电容。2.3并网逆变器的隔离方式
根据变压器的有无可将并网逆变器分为隔离型并网逆变器和非隔离型并网逆变器两大类，根据其工作频率的高低又可以将隔离型并网逆变器逆变器分为高频隔离型和工频隔离型[22]。
（1）图2.3为工频并网逆变器的结构图，太阳能电池产生的直流电能先通过DC/AC环节变为交流电能，再进入工频变压器经升压处理后进入公共电网，完成并网发电的目地。电能是在变压器中实现的电压间匹配和与公共电网的电气隔离。
图2.3工频隔离型并网逆变器结构
工频变压器在图2.3所示的结构中是必需的，这就会增大逆变并网系统的尺寸和质量，并且变压器不可避免地会为系统带来损耗，这就降低了逆变系统的整体效率。但系统和电网中间的隔离非常重要，工频变压器则顺利解决了这一问题，使得系统工作性能显著提高。所以此结构常用于系统的整体功率比较大的场合。
（2）图2.4为高频并网逆变器的结构，太阳能电池产生的直流电能先通过DC-AC环节变为交流电，再进入变压器经过升压或降压处理，处理后的交流电能再经整流器做整流处理变成符合并网规范的直流电
压，最终进入工频逆变桥逆变后并入公用电网。
图2.4高频隔离型并网逆变器结构
在图2.4所示结构中,直流电能一共要经过三级变换并入电网，这种结构对控制系统有着很高的要求。从可靠性方面来分析，复杂程度的增高会使系统可靠性会随之降低，所以这种结构可靠性并不高。而且每一级变换都不可避免的损失一部分能量，因此电能在三次变换处理之后，系统效率将会大打折扣。此外，这种结构使所用到的器件数量增多，使得建设成本将会比较高。
（3）非隔离型并网逆变器是两级变换拓扑结构，其结构如图2.5所示，光伏电池输出的电能先进入Boost电路来提高电压，升压处理后的直流电能再经逆变器转换为交流电[23]。
图2.5非隔离型并网逆变器结构
与带有变压器的光伏逆变器相比，非隔离型并网逆变器使用了较多的电子器件，这就使得系统的整体体积小，建造成本低，工作效率高。
因此在功率比较小光伏发电场合中，此类逆变器应用广泛。
2.4 并网逆变系统的方案及其工作原理
经过对2.3节中三种并网逆变器的比较，本文的光伏并网逆变系统决定采用无变压器的两级结构，如图2.6所示，前级DC-DC变流电路和后级的DC-AC逆变电路通过直流母线相连。前级DC-DC变流电路，这种电路主要有半桥式、全桥式、推挽式和Boost式[24]，因为太阳能电池的输入电压较低，如果采用半桥式电路，开关管流经的电流将变大，输出电压太低；全桥式电路对控制系统的要求比较复杂，开关管的功率损耗较大，因此前一级电路采用结构简单，控制简便的Boost升压电路。这种结构可以大大提高光伏发电系统的经济性。电能通过后级DC-AC 逆变电路实现逆变后进入电网。直流母线的作用除了连接直流-直流变流电路和直流-交流逆变电路之外，还完成了电能的传递。
图2.6系统主电路拓扑结构
2.4.1光伏电池的原理及数学模型
太阳能电池是光伏逆变系统的关键部分，其模型搭建的成功与否关系到控制算法的可操作性。在此将根据文献[25]中的分析来构建光伏电
池仿真模型。
光伏电池的发电原理基于半导体材料的光伏效应，电池的输出特性随光照强度S 和环境温度T 变化而变化。当接有纯阻性负载时，可得到如图2.7所示的光伏电池等效电路。
Rs
Rsh
RL
I
图2.7太阳能光伏电池等效电路
以下是本文构建的光伏电池数学模型[26] 。
标准状况下，在已知光伏电池电压V 时，可通过式（2.1）得到对应的电流：
21
(1(1))o c V D V C V s c I I C e D I -?=?-?-+ (2.1)
式中： (2.2)
2(/1)/l n (1/)m o c m s c C V V II =-- (2.3)
/(/1)ref ref sc DI S S DT S S I α=??+-? (2.4)
(2.5)
(2.6)
其中，
——在标准状况下，光伏电池短路时的电流（A ）；
——在标准状况下，光伏电池开路时的电压（V ）；
——最大功率点的电流（A ）；
——最大功率点的电压（V ）；
——电流变化温度系数（）；
——电压变化温度系数（）；
、——在标准状况下，光照强度和电池温度的值，通常取为，； ——光伏电池的串联电阻（Ohms ）；
在任意光照强度和环境温度T a （℃）下，光伏电池温度T c （℃）为：
（2.7） 式中，
S ——光伏电池板面上的受到的光照强度(kW/m 2)；
t c ——光伏电池组件的温度系数(degw -1.m 2)，通常取为0.03；
T a ——环境温度（℃）；
T c ——光伏电池结温（℃）；
从以上公式看出，通过光伏电池上的总光照辐射量和光伏电池的工作温度可直接计算出此等条件下太阳能电池的最大输出功率点。具体算法分析如下：
21((1(1)))SC V DV C V SC P IV I C e
DI V -==--+ （2.8）
通过电导增量法，由取得极值处的条件dP/dV=0可以得出[27]： 22112(1(1))0SC OC V DV V DV
C V C V SC SC OC
VI C I C e DI e C V ----+-= （2.9） 通过牛顿法对式（2.9）迭代，从而得到与P max 相对应的光伏电池
电压V max ：
1 绪论 (1) 1.1 DC/AC逆变器的基本概念 (2) 1.2 逆变器的分类和用途 (3) 1.2.1 逆变器的基本分类 (3) 1.2.2 逆变器的用途 (4) 1.3 DC/AC逆变器的发展背景和发展方向 (4) 1.3.1 DC/AC逆变器的发展背景 (4) 1.3.2 DC/AC逆变器的发展方向 (5) 2 逆变器的主电路研究 (6) 2.1逆变系统基本工作原理 (6) 2.2 SPWM波的生成原理及控制方法分析 (6) 2.2.1 PWM控制的理论基础 (7) 2.2.2 PWM逆变电路及其控制方法 (8) 2.3 逆变器的主电路分析 (10) 2.3.1 低频环节逆变技术逆变器 (10) 2.3.2 高频环节逆变技术 (13) 3 小功率光伏并网系统的逆变器设计 (15) 3.1光伏发电的发展现状及前景 (15) 3.1.1 国外光伏发电现状及前景 (15) 3.1.2 国内光伏发电现状及前景 (16) 3.2 并网逆变器的拓扑 (16) 3.2.1低频环节并网逆变 (17) 3.2.2 高频环节并网逆变 (18) 3.2.3非隔离型并网逆变 (18) 3.3 小功率光伏并网逆变器的设计 (19) 3.3.1 小功率光伏并网逆变器的工作原理 (19) 3.3.2系统控制方案 (20) 3.3.3 TMS320F240软件控制流程 (25) 3.3.4系统保护 (26) 4 光伏并网逆变器的控制策略研究 (28) 4.1 输出控制方式 (28) 4.2 输出电压控制策略 (28) 4.3 输出电流控制策略 (29) 4.4 控制策略的选择和参考电流的确定 (30) 5总结 (32) 1 绪论
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。
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
毕业设计成果（产品、作品、方案） 设计题目: 智能逆变器的设计与制作 二级学院航空电子电气工程学院 专业航空电子信息技术 班级航电1303班 学号 201300023036 姓名唐震 指导老师宋烨 二Ο一五年十二月二十日
诚信声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。尽我所知，除设计中特别加以标注的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名：指导教师签名： 年月日年月日
目录 摘要 (3) 1. 设计任务和设计思路 (4) 1.1 设计意义 (4) 1.2 设计要求 (4) 1.3 设计思路 (4) 1.4 方案选择 (4) 2. 硬件原理及其电路设计 (6) 2.1 CC-PWM变换器的基本原理 (6) 2.2 CC-PWM逆变器的数学模型 (7) 2.3 CC-PWM逆变器的主要控制方法 (9) 2.3.1 滞环电流控制方法 (9) 2.3.2 线性电流控制方法 (9) 2.3.3预测电流控制方法 (10) 2.4 改进型CC-PWM滞环电流控制器设计 (11) 2.4.1 正弦环宽滞环电流控制方案 (11) 2.5 模糊变环宽滞电流控制方案 (11) 2.6 模糊自整定PI控制器设计 (12) 2.6.1 控制方案 (12) 2.6.2 控制器设计 (13) 2.7 基于神经网络的模糊推理自整定PI控制器设计 (13) 2.7.1 控制方案 (14) 2.7.2 控制器设计 (14) 3.电路的制作 (15) 3.1 元器件的选择 (15) 3.1.1 GTR电力晶体管 (15) 3.1.2 MOSFET (15) 3.1.3 通态电阻 (15) 3.1.4 热阻 (16) 3.1.5 输入电容 (16) 3.1.6栅极驱动电压 (16) 3.2 元器件的焊接 (16) 3.2.1 焊接要点 (16) 3.2.2 注意事项 (17) 3.3 电路调试 (17) 3.3.1 检测各个参数点 (17) 3.4成品展示 (18) 设计总结 (19) 参考文献 (20)
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
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。
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。
系：电气与信息工程系 专业：电气工程及其自动化班级： 0404 学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2008年月日
诚信声明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名：日期：年月日
湖南工程学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：15kV A逆变电源设计 姓名陈欣宁系电气系专业_电气工程及其自动化班级学号 指导老师职称讲师教研室主任 一、基本任务及要求： 主要设计内容如下： 1、理解逆变电源的工作原理，确定系统主电路： 包括主电路结构的选择，逆变功率器件的选择，参数计算 2、确定系统驱动电路 3、设计系统的控制电路（包括保护电路、触发电路等） 4、提交毕业设计论文和图纸 参数如下: 直流侧输入电压:750V 输出交流电压:380/220V 输出频率:50HZ 容量:15kVA 进度安排及完成时间 1、2月26日至3月15日：查阅资料；写开题报告;确定总体方案。 2、3月16日至3月29日：毕业实习、撰写实习报告。 3、3月30日至4月15日：确定系统主电路 4、4月16日至4月26日：确定系统驱动电路 5、4月27日至6月2日：设计系统的控制电路 6、6月3日至6月12日撰写毕业设计论文。 7、6月13日至6月14日：指导老师评阅、电子文档上传FTP。 8、6月15日至6月18日：毕业设计答辩。
南京工程学院 车辆工程系 本科毕业设计（论文） 题目：多电平逆变器设计 专业：自动化（车辆电子电气）班级： K车电气071 学号： 学生姓名： 指导教师：副教授 起迄日期：2011.2.21～2011.6.10 设计地点：车辆工程实验中心
摘要 近年来在运动控制领域多电平中压变频器的开发研究得到了广泛关注，多电平逆变器使得电压型逆变器的大容量化、高性能化成为可能，具有降低开关管耐压值，减小开关管电压应力，改善输出波形质量，提高系统的电压和功率等级等优点，研究和开发多电平逆变器，无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。所以多电平技术由于越来越广泛的应用于高压大功率领域。目前，在高压大功率领域中，二极管箝位型三电平变换器是研究最多，应用最广的一种多电平拓扑结构。[1] 本文主要对二极管箝位型三电平逆变器进行研究，以此拟作为今后进一步研究的基础。 论文首先详细地介绍了三电平逆变器的工作原理，并在此基础上详细分析了其特性，综合比较了多电平逆变电路三种典型拓扑结构的优缺点。 然后，研究了三电平逆变器空间电压矢量调制技术的基本原理，分析了空间电压矢量调制算法相对于其它方法的优点。详细分析了空间电压矢量调制算法，并给出PWM波的计算公式和开关动作次序。对开关矢量的作用顺序作了有利于中点电压控制的优化，使仿真和实现都比较容易。 最后，分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题的产生。介绍了一种实现中点电压平衡的理论。提出了一种基于MATLAB的建模方法，并通过MATLAB/SIMULINK仿真结果验证了该方法的正确性。采用MATLAB/SIMULINK仿真软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法进行了仿真分析，证明了该调制算法的正确性。并与两电平SVPWM调制算法的仿真进行了比较，进一步证明了三电平SVPWM调制算法在谐波抑制和减小器件开关损耗方面的优越性。 关键词：多电平逆变器；空间矢量脉宽调制；中点平衡；MATLAB/SIMULINK仿真
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
XX大学毕业设计（论文） 题 目： 3KW光伏并网逆变器的软件设计 指导教师： 职称： 教授 学生姓名： 学号： 专 业： 院（系） ： 完成时间： 2010年5月 2010 年 5 月 26 日
摘 要 太阳能作为当前人类最理想环保的新能源之一，己经得到人类越来越广泛的应用。而光伏并网逆变器是太阳能并网发电系统中必不可少的设备之一。 光伏并网逆变器是将太阳能电池所输出的直流电转换成符合公共电网要求的交流电并送入电网的设备。按照不同的标准光伏并网逆变器的拓扑结构分为很多种，本文介绍了一种工频隔离型光伏并网逆变器。 首先，本文介绍了光伏并网逆变器的工作原理与分类。 其次，本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器良好的输出波形。 随后，本文详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片，完成了预期的设计。 关键词：光伏；并网发电；SPWM； 软件锁相环；自动控制
Abstract As one of the optimal new energy sources, the solar energy has been applied more and more widely by human being. And the grid-connected photovoltaic inverter is one of the necessary equipment of the grid-connected photovoltaic system. The grid-connected photovoltaic inverter is a equipment which transform the DC from the solar cell to AC according with the grid and transports it to the public grid. According to different standard, the structure of the grid-connected photovoltaic inverter is various. This paper introduces a kind of line frequency isolated inverter. Firstly, this paper introduces the principium and sort of grid-connected photovoltaic inverter. Secondly, by using the control method of virtual value outer loop and instantaneous value inner loop，we can eliminate the static error, and make the output waveform well. Subsequently，soft PLL was introduced in detail. The structure of Phase locked loop circuit and operating principle were researched. Finally, TMS320LF2407A of TI incorporated is used as the main controller. We finally finish the desired design. Key words: photovoltaic; grid-generation; SPWM; soft phase-locked-loop; Automatic control
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
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
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。