光伏并网逆变器中滤波器的设计与研究
摘要：光伏发电系统中存在着大量的非线性器件和负载，其对电网带来严重的谐波污染。为了有效地抑制谐波污染，本文提出了一种新的无源滤波器的结构设计，并且建立了一个交直交变流器与无源滤波器的Simulink仿真模型。通过比较接入无源滤波器前后电流和电压的变化，对电流和电压波形进行傅里叶变换，得到它的频谱分析曲线。仿真结果表明：该滤波器的设计方法具有可行性和有效性，能够很好地抑制光伏逆变器DC/AC变换后谐波分量，并且满足当前电力系统的要求。
关键词：光伏逆变器；无源滤波器；傅立叶变换
0 引言
光伏发电系统中存在着大量的非线性器件和负载，其对电网带来严重的谐波污染。为了有效地提高电能质量，洁净电网，电网谐波治理问题已经愈来愈引起国内外学者和专家关注[1]。
滤波器具有消除谐波和提供无功补偿的功能，在治理谐波的问题上处于重要的位置。传统的滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器存在着高成本、功能单一等缺点的限制，同时光伏发电系统受阳光、温度等不确定因素的影
响比较大，使得光伏阵列的直流母线利用率较低[2]。无源滤波器因其结构简单、设备投资少、运行可靠性高、运行费用低等优点，成为电力系统中最普遍的谐波抑制设备[3]。在交流系统中，无源滤波器不仅可以起到滤波作用，而且还可以兼顾无功补偿的需求。因此它成为传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段。
本文提出了一种新的无源电力滤波器，理论分析了该无源滤波器的可行性。利用Simulink搭建系统仿真模型，同时采集滤波前和滤波后的电压、电流量，分别对其进行傅立叶变换，得到相应的频谱分析曲线。仿真结果表明，该无源滤波器能够很好地抑制光伏逆变器DC/AC变换后谐波分量。
1 无源滤波器的结构设计
无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联[4]。本文中无源滤波器是通过电感、电容和电阻一系列的串并联来达到滤波的效果，其结构简图如图1所示。
图1中所示的U、V、W分别代表光伏逆变器输出的三相交流电。由于这其中含有很高的高频分量，因此我们通过必须接入三相无源滤波器，滤去当中的谐波分量来满足电力系统的要求。其中，电感L10和L20是含有电阻性的电感，L1是纯电感，串联在电网当中的电感L1主要是滤去电网中
电压的谐波分量。无源滤波器作为低通滤波器，频率高于其谐振频率的高次谐波将会被抑制。选用该滤波器，流经电网的高频分量会明显地衰减。电阻R的值越大，滤波器的阻尼作用越大，但阻值越大，其损耗越大，在选择时应综合考虑。电感L越大，滤波效果越明显，但电感L上的压降越大，无功损耗增多。电容越大，补充系统的无功越大，但从而降低系统的效率。所以，在无源滤波器的选择过程中，应酌情考虑。
2 无源滤波器的模型建立与仿真
为了验证第1节中无源滤波器的可行性，参照图1利用Matlab中Simulink软件建立交直交系统仿真模型，仿真模型如图2所示。其中逆变器单元是I光伏逆变器，filter1、filter2、filter3分别与L1、L2、L3共同组成三相无源滤波器。已知的参数：光伏逆变器的输入直流电压为750V，开关频率为2500Hz，负载功率为500kW，额定电压为380V，频率为50Hz、电感L1、L2、L3的参数为0.5H。
系统采用无源滤波器前逆变器输出的电压和电流波形，以及无源滤波器中电感L1与并联在母线当中的电感电阻和电容组成电路的电压和电流波形，从而来分析无源滤波器中各项器件的功能。
3 结论
本文简单阐述了光伏发电谐波产生的原因，针对光伏发
电的工作环境和特点，提出了一种新的无源电力滤波器，理论分析了该无源滤波器的可行性。利用Simulink搭建系统仿真模型，同时采集滤波前和滤波后的电压、电流量，分别对其进行傅立叶变换，得到相应的频谱分析曲线。仿真结果表明，该无源滤波器的效果能把系统的THD降低，提高了光伏发电系统输出的电源质量，确保光伏发电系统稳定可靠的运行。
参考文献
[1]徐志英，许爱国，谢少军. 采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术[J].中国
电机工程学报，2009，29（27）：37-41.
[2]沈国桥，徐德鸿.LCL滤波并网逆变器的分裂电容法电流控制[J].中国电机工程学报，2008，28（18）：36-41.
研旭光伏并网逆变器 YXSG-2.5KSL , YXSG-3KSL , YXSG-5KSL 安装使用手册 目录 1、安全说 明 (3) 2、产品描 述 (5) 2.1光伏并网系 统 .................................................................................................................... 6 2.2电路结构 ............................................................................................................................ 7 2.3特点 . .. (7)
2.4逆变器外观描 述 (8) 3、安 装 .......................................................................................................................................... 10 3.1 安装须 知 ......................................................................................................................... 10 3.2 安装流程说明 .. (11) 3.3安装准备 .......................................................................................................................... 12 3.4 选择合适的安装场 地 ..................................................................................................... 12 3.5 安装逆变 器 (14) 3.6 电气连 接 (14) 4、 LCD 操作说 明 . ......................................................................................................................... 21 4.1 按键功能说明 .. (21) 4.2 界面介 绍 (22) 5、故障排 除 (27) 5.1 初始化失败 ..................................................................................................................... 27 5.2 LCD 显示故 障 (27)
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
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。
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！ 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
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
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 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。