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。
图1-1 不可调度式光伏并网发电系统
从图1-1中可知，整个并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、连接组件、计量装置等组成，对于可调度式光伏并网发电系统还包括储能用的蓄电池组。并网逆变器是整个并网发电系统的核心设备，承担着光伏阵列的最大功率点跟踪、直流逆变、防孤岛效应等诸多功能。
目前，光伏并网发电的成本已降至2元／KWH，但是对于大规模应用来说，成本依然过高，大多数国家主要靠政府补贴来推动光伏并网发电，对上网电价采取了差额补贴或固定上网电价的方式。而制约光伏发电成本进一步下降的主要原因是硅料和并网逆变器的成本过高。据专家预测，随着技术的进步，在今后的几年里光伏发电成本可望降至1元／KWH，甚至可望与常规发电成本持平，这对大规模推广光伏发电无疑是非常有利的一面。
因此，开发高性能低价格的光伏并网逆变器不但对降低光伏发电成本具有积极作用，同时还具有极大的市场前景。另外，随着电力电子器件的高频化和微处理器性能的飞速提高，使得电力电子设备的全数字化控制日益增多，模拟控制己逐渐被数字控制取代，一些先进的数字控制技术也开始应用于各种电力电子设备的研发当中。与传统的采用模拟芯片控制的逆变器相比，光伏并网逆变器从一开始就采用全数字控制，除主电路变化不大以外，控制电路及控制方法都有很大的差别。目前，由于涉及到知识产权和商业化因素，国内外关于光伏并网的数字控制系统设计和数字控制方法研究的文献还比较少。同时，跟国外的光伏并网发电技术相比，我国的技术水平还有一定的差距，就并网逆变器而言，我国自主研发生产的知名品牌并不多，大部分的光伏示范工程都采用进口的国外品牌，导致光伏并网发电系统的造价高、依赖性强，制约了光伏并网系统在国内市场的发展和推广。因此开展对光伏并网逆变器的研究，掌握并网逆变器关键技术对推广光伏并网发电系统，实现节能减排有着十分重要的作用。
1.2 光伏发电技术的应用和现状
考虑到能源的持续发展和环境压力，上世纪90年代后期世界上许多国家都制定了大力发展新能源的计划。太阳能以其环保和不歇性得到了诸多国家的青睐。
德国的光伏并网发电走在了世界的前列。其10万屋顶光伏计划及最近通过的新可再生能源法规定光伏电价为0.99马克/KWh（高于常规电价0.6马克/KWh）的电价，对德国的光伏发展起到巨大推动作用。
日本在光伏发电与建筑相结合方面已经做出了十几年的努力，1994年1月通产省宣“朝日七年计划”，计划到2000年推广16.2万套太阳能屋顶住房，总功率达到185MWp；1997年又宣布“七万屋顶计划”。
美国在上世纪80年代初就开始实施计划，即作为规模公共电力应用的光伏发电计划，首批建造了100KW以上的大型并网光伏电站4座，其中容量最大的为6MW（原计划为10MWp）。1997年6月,克林顿宣布实施“百万个太阳能屋顶计划”，计划到2010年安装100万套太阳能屋顶，总装机容量为3025MWp，所产生的电力相当于3-5座大型燃煤电站，每年可望减排二氧化碳35亿吨，相当于减少85万辆汽车的尾气排放，同时，通过该计划的实施将使光伏发电的成本由1997年的22美分度下降到7.7美分/度。
许多其它发达国家也都有类似的光伏屋顶并网发电项目或计划，如荷兰、瑞士、芬兰、奥地利、英、加拿大等。属于发展中国家的印度也在1997年12月宣布到2020年将建成150万套太阳能屋顶并网发电系统。目前为止，世界范围内的并网系统己经占光伏系统总量的50%以上，整个光伏并网市场在蓬勃发展。中国的光伏市场在近些年发展也很迅速，但主要集中在边远地区的独立逆变系统，如在国家支持下1999年底分别在西藏的个无电县城安装了光伏系统，“中国光明工程”2000年起又开始了无电乡村的光伏电站建设，另外光伏水泵、光伏照明等方面也有所发展。光伏并网系统的发展受市场和技术的限制，目前在整个光伏产业中所占比重有限，在2003年为4%。但随着世界光伏市场的变化趋势，中国的光伏并网产业也越来越受到人们关注，预计到2050年，光伏并网市场份额要占总光伏市场的80%。
第二章太阳能光伏发电系统概述
太阳能光伏发电系统包括离网光伏发电系统（独立光伏发电系统）和并网光伏发电系统。而光伏发电应用已经开始由边远农村地区逐步向并网发电和建筑结合的常规供电方向发展，最终将走向并网运行，因此本文则重点介绍并网光伏发电技术。
2.1 太阳能光伏并网发电系统的组成
并网光伏发电系统包括建筑光伏系统（BIPV）、地面光伏系统（包括盐碱地、荒漠地、大型荒漠光伏电站等）和并网光伏系统。光伏并网发电系统就是把太阳能电池产生的直流电通过逆变器变成220V的交流电并接入商业电网。如图2-1所示,光伏并网发电系统由光伏阵列、光伏系统控制器、光伏系统逆变器、光伏系
图2-1 并网光伏系统的组成
统平衡部分和电网五个部分组成。
2.2 光伏阵列
2.2.1 太阳能电池简介
光伏阵列是由一个个太阳能电池组成。太阳能电池作为光伏系统中不可缺少的关键部件，它的特征性能对整个系统都有着非常重要的影响，分析太阳能电池的特性，了解其电气特性，是开发一个光伏系统中的一个必要的步骤。它是利用半导体材料的电子特性把光能直接转换成电能的一种固态器件，在光伏发电中占有极其重要的位置，对它的研究是太阳能利用中最具发展潜力的研究课题之一。太阳能电池的伏安特性受到环境温度和阳光辐照度的影响，是一个非线性元件，
它可等效为一个电压随日照强度，环境温度变化且其等效内阻随外接负载电阻变化的电压源表示。
2.2.2 太阳能电池组件模型
图2-2所示硅型光伏电池板的理想电路模型。
光伏电池的理想模型可由（2-1）式表示：
(2-1)
其中， I ph ——光生电流，I ph
值与光伏电池的面积、入射光的辐射度以及环境温度相关，
I D
——暗电流（暗电流是指光伏电池在没有光照条件下，在外电压的作用下PN 结流过的单向电流），
v ——开路电压，
R S
——串联电阻（一般小于1欧姆）， R SH
——旁路电阻（一般几十千欧）， v t
——电池板热电势。
图2-2 光伏电池的等效电路图
图2-3表述在特定光照条件下电池板的伏安特性。阴影部分是电池板在相应条件下所能够输出的最大功率。太阳能电池板在高输出电压区域，具有低内阻特性，可以视为一系列不同等级的电压源；在低输出电压区域内，该电源有高内阻特性，可以视为不同等级的电流源。电压源与电流源的交汇处便是电池板在相应条件下的最大输出功率。在电池板的温度保持不变的情况下，这个极大功率值会
随着光照强度的变化而变化，最大功率跟踪要求能够自动跟踪电池板的工作在输出功率极大的条件。
图2-3 硅电池伏安特性
2.3 光伏系统控制器
2.3.1 控制器的作用
在光伏系统中，控制器也是一个很重要的组成部分。光伏控制器是协调系统各部分正常工作,确保系统安全、可靠运行的电气装置。近些年来，随着计算机技术的发展，电气自动化技术也随之快速发展，出现了各种各样的自动化装置。现在很多光伏系统都引入了这种多功能的、智能化的自动化控制装置，也就是我们常说的光伏系统控制器。
在光伏系统中，光伏系统控制器能够自动地对光伏系统的多路模拟信号进行采集处理，从而达到对整个系统的工作状态进行检测和保护的功能。它能够对系统运行中出现的偏差进行自诊断、分析、自校正，使系统自动调整工作状态，也可以监视某些关键器件的工作状况，避免因为某些器件工作出现问题而影响整个系统的情况出现。除了基本的功能以外，现在很多控制器都设计得非常全面周到，在起到普通控制器作用的同时，也是一个系统和人机信息交换的中介。在一些要求比较高的系统中的控制器，例如光伏电站中用的控制器，能够对整个系统的运行状态进行优化调整，对工作状态进行实时监控、报告；也可以很好地对人为指
令进行理解、执行和回复;自动协调系统各部分正常工作,确保系统安全、可靠运行的功能。现在的光伏系统中，根据用的场合以及系统对控制器的作用、功能等的具体要求，往往开发适合自己的控制器。
2.3.2 Boost电路的工作原理
Boost电路由开关管Q1，二极管D，电感L，电容C组成，完成将太阳能电池输出的直流电压场v升压到Vdc, 如下图2-4所示:
图2-4 Boost电路图
当开关管Q1导通时，二极管反偏，于是将输出级隔离，由输入端向电感器供应能量;当开关管Q1断开时，输出级吸收来自电感器和输入端的能量。如下图2-5所示：
(a) (b)
图2-5 Boost电路的工作过程
根据电感电流在周期开始是否从零开始，是否连续，可分为连续的工作状态或不连续的工作状态两种模式。由于电路在断续工作时电路，电感电流的不连续，就意味着太阳能输出的电能在每个周期内都有一部分被浪费掉了，而且纹波也会大些。因此电路的参数的选择应让电路工作在连续导电的模式下。
2.4 光伏系统逆变器
2.4.1 逆变器的概念
逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。
2.4.2 逆变器的分类
逆变器主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40－60％，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。
针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。
逆变器根据发电源的不同，又可分为煤电逆变器，太阳能逆变器，风能逆变器，核能逆变器。根据用途不同，分为独立控制逆变器，并网逆变器。
2.4.3 逆变器的作用
简单地说，逆变器就是一种将低压（12或24伏或48伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而
逆变器的作用与此相反，因此而得名。我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。
2.4.4 逆变器的效率
逆变器在工作时其本身也要消耗一部分电力，因此，它的输入功率要大于它的输出功率。逆变器的效率即是逆变器输入功率与输出功率之比，即逆变器效率为输出功率比上输入功率。如一台逆变器输入了100瓦的直流电，输出了90瓦的交流电，那么，它的效率就是90％。
2.4.5 逆变器的重要性
在光伏系统中逆变器是将太阳能电池的直流输出电能转变为交流。对于需要向交流负载供电或者需要将电能馈送到交流电网的光伏发电系统来说，逆变器成为系统中不可缺少的重要部分，并且太阳能发电最终将走向并网运行，并网光伏发电系统的核心是并网逆变器，从而本文第三章主要讨论光伏并网逆变器。并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，一部分给当地负载供电，剩余的电力将馈入商业电网。并网型逆变器通过内部的功率调节器将太阳能电池发出的电力最大限度地回馈给电网。
2.5 光伏系统平衡部分(连接部分)
光伏系统平衡部件（BOS）指光伏系统中除光伏阵列以外的部分，主要包括控制器、逆变器、最大功率跟踪器、工程数据采集、显示和远程监控、蓄电池、配电系统、支架和电缆等，控制器和逆变器在前面已经涉及。平衡部件性能的改进对于提高系统的效率、可靠性，提高系统的寿命、降低成本至关重要。加速百千瓦级控制器、逆变器的国产化进程，研制高效、低成本的最大功率跟踪器和聚光系统，并在大规模并网光伏示范项目中应用,是平衡部件制造业的任务之一。
第三章并网逆变器的工作原理
3.1 并网逆变器的分类
并网逆变器的分类方法有多种，按照直流侧输入电源性质的不同可分为电压型逆变器和电流型逆变器。电压型逆变器直流侧为电压源，或并联有大电容，直流回路呈现低阻抗；电流型逆变器直流侧串联有大电感，相当于电流源，直流回路呈现高阻抗，相对于电压型逆变器，其系统动态响应差。按照逆变器与市电并联运行的输出控制方式可分为电压控制逆变器和电流控制逆变器。输出采用电流控制时，其控制方法相对简单，只需控制逆变器的输出电流与电网电压同频同相，即可达到并网运行的目的。因此，目前世界上的绝大多数光伏并网逆变器产品都采用电流源输出的控制方式。
按照主电路结构的不同，光伏并网逆变器还可以分为工频和高频两种。典型的工频逆变器结构如图3-1所示，太阳电池发出的直流电经DC/AC逆变过后，通过工频变压器与电网相连。工频变压器起到隔离电网、匹配电压的作用，而正是由于带有工频变压器导致整个逆变器体积大、质量重。
图3-1 工频逆变器结构图
高频逆变器又可分为隔离型和非隔离型两种。
1.隔离型并网逆变器中含有高频变压器，其结构如图3-2所示，它首先通过DC/AC变换器将太阳电池发出的直流电转换为高频交流电，接着利用高频变压器隔离升压，在副边经AC/DC整流，最后通过逆变电路与电网相连。由于使用了高频变压器，使整个逆变器的体积小、重量轻、结构紧凑、工作噪声小。
图3-2 隔离型高频逆变器结构图
2.非隔离型并网逆变器典型结构如图图3-3所示，它首先通过DC．DC变换器将太阳电池的直流电升压或者降压转化为满足并网要求的直流电压，然后经逆变电路、输出滤波器和电网直接相连。
图3-3 非隔离型高频逆变器结构图
另外，按照主电路的拓扑级数，光伏并网逆变器还可以分为单级式并网逆变器、两级式并网逆变器、多级式并网逆变器等。
3.2 电路的基本工作原理
3.2.1 系统电路拓扑
图3-4 系统主电路的拓扑结构
系统采用无变压器的两级结构(如上图3-4所示)，前级DC／DC变换器和后级的DC／AC逆变器，两部分通过DClink相连。前级DC／DC变换器，可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式和Boost式，考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，输出电压太低；而采用全桥式则控制复杂，开关管功耗增大，
因此这里采用结构简单，控制方便的Boost 升压电路，它根据电网电压的大小使在不同天气条件下的输入电压达到一个合适的水平，同时在低压情况下实行最大功率点的跟踪，增大光伏系统的经济性能。后级的DC ／AC 逆变器，采用单相逆变全桥，作用是将DClink 直流电转换成220V ／50Hz 正弦交流电，实现逆变向电网输送功率。DClink 的作用除了连接DC ／DC 变换器和DC ／AC 逆变器，还实现了功率的传递。控制电路的核心芯片是TI 公司的TMS320F2407。系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频同相。
3.2.2 单相全桥逆变器的工作原理
工作原理图：
图3-5 单相全桥逆变器的拓扑结构
上图3-5为以绝缘栅双极性晶体管(IGBT)为主开关器件的单相全桥逆变器主电路图，其中N L 为交流输出电感，Cd 为直流侧支撑电容，也即前级Boost 电路的输出电容，T1-T4是主开关管IGBT ，D1-D4是其反并联二极管，对四个开关管进行适当的PWM 控制，就可以调节输出电流)(t i N 为正弦波，并且与网压)(t u N 保持同相位，达到输出功率因数为l 的目的。它是由两个桥臂并联组成的，因此这种桥式拓扑，仍属于升压式结构。其启动的先决条件是直流侧滤波电容预先充电到接近电网电压的峰值，而欲使电感电流能按照给定的波形和相位得到控制，必须保证在运行过程中，直流侧电压不低于电网电压的峰值，否则，续流二极管将以传统的整流方式运行，电感电流不完全可控。
3.3 单相光伏逆变器的控制方法
3.3.1 电压瞬时值单环反馈
图3-6为单相全桥式逆变电路平均值反馈控制框图，这是一种曾经广泛应用的反馈控制策略，其特点是单电压反馈环，逆变输出电压经电压互感器PT降压后进入平均值电路，其输出与电压给定相比较，产生的误差信号经PI电压调节器，其输出信号用以调节正弦调制信号的幅值，再将该调制信号与三角波载波信号通过比较器进行比较，产生SPWM信号，经驱动电路加到逆变桥，通过输出电压平均值闭环维持输出电压的恒定。
图3-6 电压反馈控制框图
上述控制电路其结构相对较为简单，对输出电压的幅值可连续调节并保证一定的静差，但也存在以下缺点：系统动态响应速度缓慢，由于包含LC输出滤波器，单环电压反馈系统是一个二阶系统，只有在PI电压调节器加入大的补偿电容才能保证系统稳定工作，加上平均值电路中的滤波电容增大系统惯性，当直流侧电压或负载产生突变，系统的动态响应速度很慢，常需经历几个输出周期；负载适应性差，对于SPWM逆变电源，经常面对一些非线性负载，电流冲击度很高。从而使输出电压波形产生畸变，总失真度升高，甚至超过允许值。
3.3.2 电流瞬时值单环反馈
电流反馈控制是一种新颖的控制方法，具有其独特的优点，原有电压型控制存在的局限性以及电流型控制自身的优点，使这种控制方式得到重视和应用，实现电流型控制策略的电路拓扑很多，下面仅介绍常用的电流滞环跟踪控制和恒开
关频率的电流控制。
1．电流滞环跟踪控制
具有电流滞环跟踪控制的单相桥式逆变电路的控制电路如图3-7所示，设电路初态为T1、T4导通，则L i 线性增加,f i 相应增长，当2R f i i =时，滞环比较器输出电压改变，使T1、T4关断，T2、T3导通，但为了维持L i 连续，电流通过二极管D2、D3续流，L i 相应下降，当电流1R f i i =时，使T1、T4再次导通，使电流增大，保持电流在曲线1R i 和2R i 之间变化。环宽i ?决定了开关频率c f ，环宽越小则c f 越高，电流脉动度越低，L i 越接近于正弦，电流失真度THD 越小，但随着开关频率的不断增加，电路开关损耗越高，将导致电路效率越低，设计时需折中考虑。
（1）系统具有快速的瞬态响应：由于电流反馈作用，当输入直流电压波动或负载突变引起输出电压变化时，都将引起电感电流的变化，使功率器件的开关状态产生变化，从而改变输出电压的波形。
（2）系统具有较高的稳定性：前述具有电压单环反馈控制系统是一个二阶系统，是一种有条件的稳定系统，需要对电路做精心的校正设计；而电流单环反馈控制系统则是一个一阶系统，是一种无条件稳定系统。
（3）电流型全桥电路容易产生失控：电流脉宽不等固然可以维持电感端压的伏秒值平衡。但却会导致电容电荷的安秒值不平衡，在全桥电路结构中，这种不平衡会导致直流侧分压电容端压不等，电源中点漂移，恶性循环的结果将使电路失控。
（4）开关频率不固定：由于器件的开关点完全取决于电流到达上下限值的时间，因此滞环控制的开关频率并不固定，这与电压型控制下载波频率恒定的PWM 控制有很大不同。由于开关频率是变化的，电路工作可靠性下降，输出电压的频谱特性变差，所有这些对系统性能都是不利的。
图3-7 电流滞环跟踪控制电路
2．恒开关频率的电流控制
为了克服滞环电流控制方式存在的缺点，图3-8所示为一种具有恒开关频率的电流控制方案，该控制电路与滞环控制电路的不同之处在于增加了频率发生器，频率发生器输出方波信号，其重复频率f 为恒值，方波信号作为时钟脉冲加到锁存器的CP 口，正弦给定电流R i 与反馈电流f i ，在比较器的输入端进行比较，根据差值电流f R i i i -=?的极性决定锁存器的输出电平，例如：当i ?>O 时，使T1、T4导通，则电流上升，当i ?<0时，使T2、T3导通，则电流下降，上述控制脉冲的转变是由锁存器的输出电平决定的，而锁存器只有在时钟脉冲到来时才转换状态，于是每个切换点在时间上等距，因为时钟脉冲的重复频率是恒定的，因此有的文献称之为同步开关控制方式。恒开关频率方式虽然避免滞环控制时频率变化的缺点，但电流波形失真度在相同条件下比滞环高。
图3-8 恒开关频率控制电路
3.3.3 电压电流双环反馈
采用电压电流双环瞬时值控制方案的逆变器，拥有输出电压波形质量好、控制简单及动态响应好等特点。目前采用的双环反馈，其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用比例积分（PI）形式，其输出作为内环的给定，内环为电流反馈。双闭环控制方案中的电流内环加大了逆变器控制系统的带宽，使得逆变器动态响应加快，输出电压的谐波含量减少，非线性负载适应能力增强。
图3-9为具有电压外环和电流内环的电压源型全桥逆变电路，图3-10为电路的方框图。由图3-10可见，电压外环采用瞬时值反馈，对输出电压的瞬时误差给出调节信号，该信号经PI调节后作为电流控制给定
i；电流内环由电感电流或电
R
容电流瞬时值与电流给定
i比较产生误差信号，经PI调节，所得信号与三角形载
R
波比较后产生SPWM信号控制功率管的开通。在实际应用中采用电流内环之外还设置电压外环的目的在于对不同负载实现给定电流幅值的自动控制，电压瞬时值外环能及时、快速的校正输出电压波形，使系统在不同负载的情况下均具有良好的电压输出波形。
图3-9 电压电流双环反馈控制
图3-10 电压电流双闭环控制系统方框图
3.4 逆变器的元件选择
3.4.1 用于升压级的开关管和二极管
图3-4所示的所有拓扑都需要快速转换的功率开关。升压级和全桥变换级需要快速转换二极管。此外，专门为低频(100Hz) 转换而优化的开关对这些拓扑也很有用处。对于任何特定的硅技术，针对快速转换优化的开关比针对低频转换应用优化的开关具有更高的导通损耗。
升压级一般设计为连续电流模式转换器。根据逆变器所采用的阵列中太阳能模块的数量，来选择使用600V还是1200V的器件。功率开关的两个选择是MOSFET和IGBT。一般而言，MOSFET比IGBT可以工作在更高的开关频率下。此外，还必须始终考虑半导体二极管的影响：在升压级的情况下并没有什么问题，因为正常工作模式下二极管不导通。MOSFET的导通损耗可根据导通阻抗RDS(ON)来计算，对于给定的MOSFET系列，这与有效裸片面积成比例关系。当额定电压从600V 变化到1200V时，MOSFET的传导损耗会大大增加，因此，即使额定RDS（ON）相当，1200V的MOSFET也不可用或是价格太高。
对于额定600V的升压开关，可采用超结MOSFET。对高频开关应用，这种技术具有最佳的导通损耗。目前市面上有采用TO-220封装、RDS（ON）值低于100毫欧的MOSFET和采用TO-247封装、RDS（ON）值低于50毫欧的MOSFET。对于需要1200V功率开关的太阳能逆变器，IGBT是适当的选择。较先进的IGBT技术，比如NPT Trench 和NPT Field Stop，都针对降低导通损耗做了优化，但代价是较高的开关损耗，这使得它们不太适合于高频下的升压应用。
在旧有NPT平面技术的基础上开发了一种可以提高高开关频率的升压电路效率的器件FGL40N120AND，具有43uJ/A的EOFF，比较采用更先进技术器件的EOFF为80uJ/A，但要获得这种性能却非常困难。FGL40N120AND器件的缺点在于饱和压降VCE（SAT）较高，不过它在高升压开关频率下开关损耗很低的优点已足以弥补这一切。该器件还集成了反并联二极管。在正常升压工作下，该二极管不会导通。然而，在启动期间或瞬变情况下，升压电路有可能被驱使进入工作模式，这时该反并联二极管就会导通。由于IGBT 本身没有固有的体二极管，故需要这种共封装的二极管来保证可靠的工作。对升压二极管，需要Stealth? 或碳硅二极管这样的快速恢复二极管。碳硅二极管具有很低的正向电压和损耗。不过目前它们的价格都很高昂。在选择升压二极管时，必须考虑到反向恢复电流（或碳硅二极管的结电容）对升压开关的影响，因为这会导致额外的损耗。在这里，新推出的Stealth II二极管FFP08S60S可以提供更高的性能。当VDD=390V、ID=8A、di/dt=200A/us，且外壳温度为100℃时，计算得出的开关损耗低于FFP08S60S的参数205mJ。而采用ISL9R860P2 Stealth 二极管，这个值则达225mJ。故此举也提高了逆变器在高开关频率下的效率。
3.4.2 用于桥接和专用级的开关管和二极管
MOSFET全桥滤波之后，输出桥产生一个50Hz的正弦电压及电流信号。一种常见的实现方案是采用标准全桥结构(图3-4)。图中若左上方和右下方的开关导通，则在左右终端之间加载一个正电压；右上方和左下方的开关导通，则在左右终端之间加载一个负电压。对于这种应用，在某一时段只有一个开关导通。一个开关可被切换到PWM高频下，另一开关则在50Hz低频下。由于自举电路依赖于低端器件的转换，故低端器件被切换到PWM高频下，而高端器件被切换到50Hz低频下。这应用采用了600V的功率开关，故600V 超结MOSFET非常适合这个高速的开关器件。由于这些开关器件在开关导通时会承受其它器件的全部反向恢复电流，因此快速恢复超结器件如600V FCH47N60F是十分理想的选择。它的RDS(ON) 为73毫欧，相比其它同类的快速恢复器件其导通损耗很低。当这种器件在50Hz下进行转换时，无需使用快速恢复特性。这些器件具有出色的dv/dt和di/dt特性，比较标准超结MOSFET可提高系统的可靠性。
另一个值得探讨的选择是采用FGH30N60LSD器件。它是一种饱和电压VCE(SAT) 只有1.1V的30A/600V IGBT。其关断损耗EOFF非常高，达10mJ ，
故只适合于低频转换。一个50毫欧的MOSFET在工作温度下导通阻抗RDS （ON）为100毫欧。因此在11A时，具有和IGBT的VCE（SAT）相同的VDS。由于这种IGBT基于较旧的击穿技术，VCE（SAT）随温度的变化不大。因此，这种IGBT可降低输出桥中的总体损耗，从而提高逆变器的总体效率。FGH30N60LSD IGBT在每半周期从一种功率转换技术切换到另一种专用拓扑的做法也十分有用。IGBT在这里被用作拓扑开关。在较快速的转换时则使用常规及快速恢复超结器件。对于1200V的专用拓扑及全桥结构，前面提到的FGL40N120AND是非常适合于新型高频太阳能逆变器的开关。当专用技术需要二极管时，Stealth II、Hyperfast? II 二极管及碳硅二极管是很好的解决方案。逆变器把直流电转换为交流电的效率，目前，欧洲逆变器效率普遍较高，可达到97.2%。
第四章并网逆变器的工作仿真
4.1 并网逆变器的仿真模型
为了对所设计的系统性能有更加直观的认识，在对光伏并网逆变器的设计中，本文采用了Matlab7.0/Simulink中的SimPower Systems 工具箱。用这种方法搭建的单相光伏并网逆变器和那些通过将电路转化为传递函数的方法相比，具有更加接近于实际电路的结果。更能为实际工作获得较真实的数据。完整的系统仿真如图4-1所示。
图4-1 电路仿真模型
系统主参数设置为：V DC=24V，C=0.47μF, 功率管采用IGBT，容量为50A、600V，In1～4输入信号为方波。
4.2 仿真结果
2015年6月15日 22:28 太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方 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。
第2章 基于定频积分的逆变器并网控制 2.1 引言 本章探索了一种基于定频积分控制的可选择独立工作和并网运行两种工作模式的光伏逆变器控制方案，对其工作原理以及并网电流纹波影响因素进行了理论分析，推导了控制方程，并给出了计算机仿真分析结果。 2.2 逆变器并网控制系统总体方案设计 如本文第一章所述，并网型逆变器主要应用在可再生新能源并网发电技术中，因此，对逆变器并网控制方案的研究也必须结合新能源发电的特点，达到最大限度的利用可再生资源。作者设计了一种既可以控制逆变器工作在并网送电状态，又可以控制逆变器工作在独立带载状态的逆变器并网控制系统。逆变器的具体工作模式由工作场合和用户需求决定，系统具有多功能。 本系统采用以定频积分为核心的控制方案。逆变器并网工作时采用基于定频积分的电流控制方案；独立工作时，在并网电流控制方案的基础上加入电压PI 外环，实现输出电压控制。定频积分控制不仅将并网输出电流控制和独立输出电压控制有机地融合在一起，而且使系统在两种工作模式下都具有良好的性能。 2.3 定频积分控制的一般理论 所谓定频积分控制是指保持电路工作的开关频率S f 不变，而通过积分器和 D 触发器来控制开关器件在每个周期的导通时间on T 和关断时间off T 。图2-1所示为定频积分控制的一般原理图。 定频积分控制是基于单周期控制的一种控制方法[43~45]。单周期控制是一种非线性控制技术， 该控制方法的突出特点是：无论是稳态还是暂态，它都能保持受控量(通常为斩波波形)的平均值恰好等于或正比于给定值，即能在一个开关周期，有效的抵制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，这种控制技术可广泛应用于非线性系统的场合，比如脉宽调制、谐振、软开关式的变换器等。下面具体从理论上分析基于单周控制的定频积分控制的一般原理和特点。
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
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。
光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻
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。
并网逆变器工作原理 逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到220Ｖ，在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如12Ｖ、24Ｖ，就必须设计升压电路。 中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。 控制电路工作 逆变器的主电路均需要有控制电路来实现，一般有方波和正弦波两种控制方式，方波输出的逆变电源电路简单，成本低，但效率低，谐波成份大。正弦波输出是逆变器的发展趋势，随着微电子技术的发展，有ＰＷＭ功能的微处理器也已问世，因此正弦波输出的逆变技术已经成熟。 1.方波输出的逆变器 方波输出的逆变器目前多采用脉宽调制集成电路，如ＳＧ3525，ＴＬ494等。实践证明，采用ＳＧ3525集成电路，并采用功率场效应管作为开关功率元件，能实现性能价格比较高的逆变器，由于ＳＧ3525具有直接驱动功率场效应管的能力并具有内部基准源和运算放大器和欠压保护功能，因此其外围电路很简单。 2.正弦波输出的逆变器 正弦波输出的逆变器控制集成电路，正弦波输出的逆变器，其控制电路可采用微处理器控制，如ＩＮＴＥＬ公司生产的80Ｃ196ＭＣ、摩托罗拉公司生产的ＭＰ16以及ＭＩ－ＣＲＯＣＨＩＰ公司生产的ＰＩＣ１６Ｃ７３等，这些单片机均具有多路ＰＷＭ发生器，并可设定上、下桥臂之间的死区时间，采用ＩＮＴＥＬ公司８０Ｃ１９６ＭＣ实现正弦波输出的电路，８０Ｃ１９６ＭＣ完成正弦波信号的发生，并检测交流输出电压，实现稳压。 主电路功率器件的选择 逆变器的主功率元件的选择至关重要，目前使用较多的功率元件有达林顿功率晶体管（ＢＪＴ），功率场效应管（ＭＯＳ－ＦＥＴ），绝缘栅晶体管（ＩＧＢＴ）和可关断晶闸管（ＧＴＯ）等，在小容量低压系统中使用较多的器件为ＭＯＳＦＥＴ，因为ＭＯＳＦＥＴ具有较低的通态压降和较高的开关频率，在高压大容量系统中一般均采用ＩＧＢＴ模块，这是因为ＭＯＳＦＥＴ随着电压的升高其通态电阻也随之增大，而ＩＧＢＴ在中容量系统中占有较大的优势，而在特大容量（１００ｋＶＡ以上）系统中，一般均采用ＧＴＯ作为功率元件。
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
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。
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。
第5章单相并网逆变器 后级的DC- AC部分，采用单相全桥逆变电路，将前级 DC- DC输出的400V 直流电转换成220V/50Hz 正弦交流电，完成逆变向电网输送功率。光伏并网逆变器实现并网运行必须满足要求：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相（单位功率因数），而且其输出还应满足电网的电能质量要求，这些都依赖于逆变器的有效并网控制策略。 光伏并网逆变器拓扑结构 按逆变器主电路的拓扑结构分类，主要有推挽逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器。 5.1.1推挽式逆变电路 推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关元件和一个原边带有中心抽头的升压变压器组成。它结构简单，两个功率管可共同驱动，两个开关元件的驱动电路具有公共地，这将简化驱动电路的设计。 U 图5-1 推挽式逆变器电路拓扑 推挽式电路的主要缺点是很难防止输出变压器的直流饱和，另外和单电压极性切换的全桥逆变电路相比，它对开关器件的耐压值也高出一倍。因此适合应用于直流母线电压较低的场合。此外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。推挽式逆变器拓扑结构如图5-1 所示。 5.1.2半桥式逆变电路 } 半桥式逆变电路使用的功率开关器件较少，电路结构较为简单，但主电路的交流输出电压幅值仅为输入电压的一半，所以在同等容量条件下，其功率开关的额定电流要大于全桥逆变电路中功率元件额定电流，数值为全桥电路的2 倍。由于分压电容的作用，该电路具有较强的抗电压输出不平衡能力，同时由于半桥
式逆变电路控制较为简单，且使用元件少、成本低，因此在小功率等级的逆变电源中常被采用。其主要缺点是直流侧电压利用率低，在同样的开关频率下电网电流的谐波较大。 图5-2 半桥式逆变器电路拓扑 5.1.3全桥式逆变电路 全桥逆变电路可以认为是由2 个半桥逆变电路组成的，在单相电压型逆变电路中是应用最多的电路，主要用于大容量场合。在相同的直流输入电压下，全桥逆变电路的最大输出电压是半桥式逆变电路的2 倍。这意味着输出功率相同时，全桥逆变器的输出电流和通过开关元件的电流均为半桥式逆变电路的一半。 本文采用的是单相全桥式逆变器，其拓扑结构如图5-3 所示，它结构简单且易于控制，在大功率场合中广为应用，可以减少所需并联的元件数。其不足是要求较高的直流侧电压值。 图5-3 单相全桥逆变器电路拓扑 光伏并网逆变器的控制 光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种方法。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联大电感提供稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式，即电压型逆变器。采用电压型逆变主电路，可以实现有源滤波和无功补偿的控制，在实际中已经得到了广泛的研究和应用，同时可以有效地进行光伏发电、提高供电质
并网逆变器的电流控制方法陈敬德，1140319060；杨凯，1140319070；指导老师：王志新（上海交通大学电气工程系，上海，200240） 摘要：并网逆变器是光伏发电系统的一个核心部件，其控制技术一直是研究的热点。其使用的功率器件属于电力电子设备，它们固有特性会对系统产生不利的影响，为了防止逆变器中的功率开关器件处于直通状态，通常要在控制开关管的驱动信号中加入死区，这给逆变器输出电压带来了谐波，对电网的电能产生污染。本文对传统的控制方法重复控制、传统的PI控制、dq轴旋转坐标控制、比例谐振控制进行了总结分析，并比较了它们的优缺点。 关键词：并网逆变器，重复控制，传统的PI控制，dq轴旋转坐标控制，比例谐振控制 0引言 随着现代工业的迅速发展，近年来全球范围内包括煤、石油、天然气等能源日益紧缺，全球将再一次面临能源危机，同时，这些燃料能源的应用对我们所生活的周围环境产生了严重的影响。环境问题受到了人们的广泛关注，为了解决能源紧缺以及环境污染问题，寻找可再生能源是解决这一问题的有效方式。太阳能因其清洁，无污染的优势受到了人们的青睐，太阳能光伏发电是目前充分利用太阳能资源的主要方式之一。太阳能发电主要有单独运行和并网运行两种模式，其中并网运行发展速度越来越快，应用的规模也愈来愈大[1]。逆变器是光伏发电系统中的关键部件，逆变器的工作原理是通过IGBT、GTO、GTR等功率开关管的导通和关断，把直流蓄电池电能、太阳能电池能量等变换为电能质量较高的交流电能，可以把它看成是一种电能转换设备。功率开关管的开关频率一般都比较高，因此利用它们进行电能转换的效率也比较高，但有一个很大的缺点是由它们组成的逆变系统的输出电能却不理想，其输出的波形中包含了很多对电能质量产生不利的方波，而很多场合都要求其输出的是一定幅值和频率的正弦波，所以要寻找更好的控制策略来提高逆变器的电能质量，让其输出各项性能指标都满足要求的波形。目前所用的逆变器可以分为以下两类：一类是恒压恒频逆变器，这类逆变器在各种电源持续供电的领域应用广泛，它能够输出电压幅值和频率都是特定值的交流正弦波，简称CVCF 逆变器。第二类是变压变频逆变器，这种逆变器主要用在电动机的调速系统中，它能够输出特定的幅值电压和频率，简称VVVF 逆变器[2]。 本文将对并网逆变器的几种常见控制方法进行总结，如传统的PI控制、基于dq 旋转坐标系的控制、重复控制及比例谐振控制。给出了框图和数学模型，并指出了它们各自的优缺点。 1重复控制 1.1重复控制思想 重复控制是基于内模原理的一种控制方法。所谓内模原理，即在一个闭环调节系统中，在其反馈回路中设置一个内部模型，使该内部模型能够很好的描述系统的外部特性，通过该模型的作用可使系统获得理想的指令跟踪特性，具有很强的抗干扰能力
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
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。
图片简介: 本技术介绍了一种并网逆变器的控制系统及控制方法，所述的控制系统包括：检测单元、锁相单元、计算单元、乘法器、复位积分器、比较器、RS触发器以及选择开关，选择开关对RS触发器的信号经过选择后得到逆变系统中开关S1、S2、S3、S4的驱动信号g(S1)、g(S2)、g(S3)、g(S4)，其中，选择的依据由电网电压ug提供，通过在每个开关周期保持输入电路的能量与输出能量和电路中消耗及储存的能量相等来实现并网逆变器的控制。本技术实现了对可再生能源等直流源不稳定，且电网存在波动情况的并网系统的控制，能够抑制直流侧电源不稳定对并网电流的影响，且提高了并网电流对于电网波动的动态响应速度。 技术要求 1.一种并网逆变器的控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括：检测单元、锁相单元、计算单元、乘法器、复位积分器、比较器、RS触发器以及选择开关，其中， 所述的检测单元和选择开关与逆变系统相连，所述的检测单元检测得到逆变系统的并网电压ug、逆变器输出侧A、B点之间的电压uAB和电感电流il，所检测到的信号发送给计算单元以及经过乘法器后送入复位积分器； 所述的锁相单元与所述的检测单元相连，用于对所检测的并网电压的相位和频率进行锁定，用以确定给定并网电流的相位和频率；所述的计算单元、乘法器和复位积分器用于计算及处理所述的检测单元和锁相单元所得到的信号，所述的计算单元和所述的复位积分器的输出端分别与所述的比较器的两个输入端相连； 所述的比较器用于对所述的计算单元和复位积分器处理得到的信号进行对比，用于提供所述的RS触发器 的R端信号，R端为RS触发器的复位端；RS触发器的S端连接时钟信号，RS触发器的输出Q端和端与所述的选择开关相连，所述的选择开关对RS触发器的信号经过选择后得到逆变系统中开关S1、S2、S3、S4的驱动信号g(S1)、g(S2)、g(S3)、g(S4)。
半导体器件应用网 https://www.doczj.com/doc/b25615287.html,/news/201535.html 光伏并网逆变器的设计 【大比特导读】基于光伏并网逆变器的基本原理和控制策略，设计了并网型 逆变器的结构，其采用了内置高频变压器的前后两级结构，即前级DC/DC高频 升压，后级DC/AC工频逆变。该设计模式具有电路简单、性能稳定、转换效率 高等优点。 基于光伏并网逆变器的基本原理和控制策略，设计了并网型逆变器的结构，其采用了内 置高频变压器的前后两级结构，即前级DC/DC高频升压，后级DC/AC工频逆变。该设计模式 具有电路简单、性能稳定、转换效率高等优点。 在能源日益紧张的今天，光伏发电技术越来越受到重视。太阳能电池和风力发电机产生 的直流电需要经过逆变器逆变并达到规定要求才能并网，因此逆变器的设计关乎到光伏系统 是否合理、高效、经济的运行。 1光伏逆变器的原理结构 光伏并网逆变器的结构如图1所示，主要由前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器构成。 其基本原理是通过高频变换技术将低压直流电变成高压直流电，然后通过工频逆变电路得到220V交流电。这种结构具有电路简单、逆变电源空载损耗很小、输出功率大、逆变效率高、 稳定性好、失真度小等优点。 图1光伏逆变器结构图 逆变器主电路如图2所示。DC/DC模块的控制使用SG3525芯片。SG3525是双端输出式SPWM脉宽调制芯片，产生占空比可变的PWM波形用于驱动晶闸管的门极来控制晶闸管通断， 从而达到控制输出波形的目的。 作为并网逆变器的关键模块，DC/AC模块具有更高的控制要求，本设计采用TI公司的TMS320F240作为主控芯片，用于采集电网同步信号、交流输入电压信号、调节IGBT门极驱 动电路脉冲频率，通过基于DSP芯片的软件锁相环控制技术，完成对并网电流的频率、相位 控制，使输出电压满足与电网电压的同频、同相关系。
逆变器工作原理 逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。当然，这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。 元器件的构成： 1、电流传感器 光伏逆变器一般采用霍尔电流传感器来进行电流采样，从小功率到大功率所采用的电流传感器形式不一，列举一些例子如下： 100KW：检测电流是300A左右，一般都会采用JCE308-TS7电流传感器 250KW：检测电流是500A左右，一般都会采用JCE508-TS6电流传感器 500KW：检测电流是1000A左右，一般会采用JCE1005-FS电流传感器1MW：检测电流是2000A左右，一般会采用JCE2005-FS电流传感器 对于电流传感器要求精度高、响应时间快，而且耐低温、高温等环境要求 2、电流互感器 一般采用BRS系列电流互感器，从几百到几千A不等，输出信号一般采用0-5A为标准 3、电抗器
逆变器测试项目 并网逆变器测试的项目必定包括三个部分安规测试部分Electrical Safety IEC EN 50178: Electronic equipment for use in power installations IEC EN 62109-1/2 对应国内标准GB17799.1，GB17799.3 电磁兼容部分EMC IEC EN 61000-6-1; IEC EN 61000-6-3: emissions and immunity requirements for equipment in residential environments IEC EN 61000-6-2; IEC EN 61000-6-4: emissions and immunity requirements for equipment in industrial environments 并网测试部分 对于并网测试部分,每个国家有不同的并网测试标准. 以欧洲主要的几个新能源补贴较好的国家为例. 试验应遵循各项配电网要求 国家标准 意大利：Enel 配电网连接准则Guidelines for connections to the Enel Distribuzione grid 德国：DIN VDE 0126-1-1 & VDE 4105 英国：G83-1 ENEA ER G59/1 西班牙：第661/2007号皇家法令RD 1663/2000
光伏并网逆变器的电流谐波抑制策略 1 引言 并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装臵，将光伏电池的直流电能转换成交流电能并传输到电网上，在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用。随着投入应用的并网逆变器日益增多，其输出的并网电流谐波对电网电压的污染也不容忽视。按照GB/ T 19939-2005所要求，光伏并网逆变器的总输出谐波电流应小于逆变器额定输出的5%，各次谐波也应限制在表1所列的百分比之内： 2 基于d-q坐标系的控制策略 B1 图1 光伏逆变器电路结构 如图1所示，在三相静止对称坐标系中，其交流侧的物理量均为时变交流量，不利于控制系统的设计。为此考虑通过坐标变换将三相静止对称坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的d-q坐标系。这样经过坐标变换后，三相静止对称坐标系中 的基波正弦变量将转化为d-q坐标系中的直流分量。 在d-q坐标系下，其数学模型可描述为： 3
（2-1）（2-2） 式中 ed、eq——电网电动势矢量Edq的d、q分量 vd、vq——三相VSR交流侧电压矢量Vdq的d、q分量 id、iq——三相VSR交流侧电流矢量Idq的d、q分量 p——微分算子 由式2-1可以看出，由于VSR的d、q轴变量相互耦合，因而给控制器设计造成一定困难。为此，可采用前馈解耦控制策略，当电流调节器采用PI调节器时，则vd、vq的控制方程如下： Kil* Kil* （2-3）（2-4） 式中 KiP、Kil ——电流内环比例调节增益和积分调节增益 **、id iq ——id、iq电流指令值 将式2-3、式2-4代入式2-1，并化简得： * KilidKilid sLsL 同样，求得： *KiliqKiliq sLsL 显然，上式表明，基于前馈的控制算法2-3、2-4使得三相VSR电流内环(id,iq) 实现了解耦控制，如下图所示：