计算机辅助工程设计
课程设计与报告
题目：基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究
基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究
第一章绪论
1.1课题背景及研究意义
当今社会，资源、环境和能源问题仍困扰着世界的发展。对此，各国对开发利用新型能源、使用清洁能源的需求日益迫切，尤其是中国，地广人多，是能源消耗大国。目前，国内更多的依靠火电、水电和核聚变发电来供电。然而火电生产排放大量的硫化物、粉尘等严重污染空气，影响气候变迁，其来源化石能源也将消耗殆尽；水电建设成本高，资源有限，还会给江河系统造成不可逆的破坏；核电在安全方面有缺陷，一旦核泄漏，将给环境造成毁灭性的破坏，日本福岛核泄漏事故就是一个活生生的例子。
因此，人类不得不寻求更加清洁、安全的替代能源。进入21世纪后，各国政府都在大力鼓励研究清洁可再生能源，太阳能、风能、地热能、潮汐能等环境能量开发技术获得快速发展，其中尤以风能和太阳能应用最多。由于我国资源分布不均衡，有些地方如内蒙古、沿海，有的地方太阳能蕴藏量大，如西藏，但这些地方发出的电当地并不能完全消纳，而其他一些地区则因负荷过重而缺电，因此将电资源丰富的地方发出的电并入电网是明智之举。
然而，分布型电能并入电网需要做到与电网同频同相同幅值，目前并网技术成为了新能源发电的瓶颈技术。因此，本文通过从并网逆变器的设计着手研究新能源并网技术，具有一定实际意义。
1.2 并网标准
新能源发电并入电网的电能必须满足以下3个条件[5]：
（1）电压幅值：纹波幅值≤10%。
（2）频率：频差≤0.3Hz[1]。
（3）相位相同，相序相同，且相位差≤20°。
表1-1 并网标准化指标
表1-2 电压谐波技术指标
1.3 本文研究的内容
本文主要研究并网逆变器的设计方法及其控制策略的实现方法。为获得与电网同频同相等幅、单位功率因数、低畸变率的并网电压电流，本文通过SPWM 双闭环控制。本文的主要研究工作归纳如下：
（1）分别建立新能源发电并网系统的数学模型，并在Simulink上进行仿真验证。
（2）探讨控制策略，详细地研究双闭环控制的设计方法。
（3）计算、设置逆变器主电路及控制电路各器件的参数值，在Simulink上进行仿真调试，使得仿真结果符合设计的指标，分析仿真结果。
第二章并网逆变器的建模与仿真
2.1 逆变器的拓扑结构简介与比较
新能源发电输出的既有交流电也有直流电，如风能，发电机输出的是交流电，通常要先进行整流，再通过逆变器并网；而太阳能，发电输出的是直流电，则可直接逆变并网。逆变器常见的拓扑结构有双PWM逆变型、不可控整流+SPWM 逆变型、不可控整流+Z源逆变拓扑结构。本文以风力发电并网逆变器为例对并网逆变器的拓扑结构作简要介绍与比较。
2.1.1 双PWM型拓扑结构
双PWM型逆变器电路图如图2-1所示，风电机输出的交流电通过
AC-DC-AC变换器并入电网，其中整流环节和逆变环节均使用PWM全控型三相电桥。此种电路有一定优点：通用性较强，机侧和网侧的控制电路、控制算法相似，能灵活控制风电并网，且并网电能质量较好，因此，目前该拓扑结构比较主流。
但该拓扑结构也有其固有缺点：首先，太多的电力电子器件导致系统谐波难以控制；其次，PWM整流器使用全控型三相电桥，增加了系统成本，虽然系统稳定性提高了，但是高昂的成本使得其性价比还不如不可控整流+SPWM逆变拓扑结构。
图2-1 双PWM型拓扑结构
2.2.2 不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构
不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构如图2-2所示，整流桥的开关器件是二
极管，逆变桥的开关器件是全控型电力电子器件[2]。该拓扑结构的显著优点是成本低，控制简单。当然也有其缺点，即机侧功率因数可能不为1。
图2-2不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构
2.2.3 不可控整流+Z源逆变拓扑结构
Z源逆变器电路图如图2-3所示，Z源逆变器的主电路有电流源型和电压源型，负载有感性负载和容性负载，上下桥臂允许直通，这不同于传统电桥[3]。由此可见Z源逆变器控制更加灵活，更能适应风电的随机性，增强系统的稳定性。但是该拓扑结构控制复杂，目前还处于研发阶段，应用较少。
图2-3 不可控整流+Z源逆变拓扑结构
综合上述三种拓扑结构的比较，考虑到性价比，本文采用不可控整流+SPWM 逆变型拓扑结构。
2.3 逆变器的建模与解耦分析
2.3.1 三相电压全控型逆变器的工作原理
三相电压全控型逆变器的结构如图2-4所示，直流侧电压用一个直流电压源
代表发电机输出电能整流之后的直流电压水平，用dc U 表示。直流侧电容起稳定直流电压和滤波的作用，网侧是无中性线的连接方式，LR 组成滤波器。为简化逆变器数学模型的推导，现做以下合理假设[5]：
（1）电网电压是稳定的纯正弦波电压，分别设为a E 、b E 、c E 。 （2）电路参数是三相对称的。
（3）交流侧滤波电感L 为线性电感，无饱和。 （4）主电路上的开关器件都是理想开关，没有损耗。
图2-4 三相电压全控型逆变器的结构图
任一时刻，三相桥的每对桥臂都只有一个开关导通，一个开关关断。现以a 相为例，说明该逆变器的工作原理：当1V 导通，2V 关断时，2a dc U U =；当1V 关
断，2V 导通时，2a dc U U =。同理可根据3V -6V 的导通关断情况得出各个时刻b U 、c U 的电压值。易知每一相输出电压都有正负电平两个状态，且正负电平出现的
时间各占半个电平周期[10]。通过SPWM 对1V -6V 六个IGBT 进行合理控制就能输出与电网电压、频率、相位、相序相符合的电能，实现安全并网。 2.3.2 逆变器的数学模型
本文的目的是设计风电并网逆变器，为此，首先要给逆变器建立数学模型，并将数学模型转化为便于在Simulink 上进行仿真的形式，然后搭建仿真模型，调试好参数，完成仿真。
风电并网逆变器的特点是多维度，强耦合，为了降低控制难度，增加控制的
可靠性，就需要进行解耦。因此，须进行3/2s r 和2/2r s 坐标变换，在dq 坐标系下建立数学模型，实现有功和无功的解耦控制[6]。
基于前述假设，由逆变器的开关工作原理，并利用KCL 和KVL ，便可建立逆变器的数学模型。通常可采用开关函数或通过占空比描述三相电桥建立逆变器数学模型。鉴于开关函数描述三相电桥比较精确、直观，易于理解，且方便仿真，本文采用开关函数法。
1. abc 坐标系下的数学模型
每对桥臂都只有两种状态，同一时刻，一对桥臂上一个开关导通另一个开关则关断，因此，三相全桥逆变器一共有8种开关状态。可对逆变器开关函数n S 做如下定义：
10n S ?=??上桥臂导通，下桥臂关断
（n=a,b,c ）上桥臂关断，下桥臂导通
(1)
如表2-1所示，逆变器的8种开关状态下逆变器输出电压与直流侧电压dc U 的关系，表中a U 、b U 、c U 是逆变器输出的相电压，ab U 、bc U 、ca U 是线电压。
表2-1 逆变器8种开关状态下交流侧输出电压与直流侧电压的关系
由表2-1可以归纳出用a S 、b S 、c S 表示逆变器交流侧输出的相电压与线电压的方程式，即：
2111213112a a dc b b c c U S U U S U S --?????? ? ? ?=?-- ? ? ? ? ?
?--????
?? (2)
110011101ab a bc dc b ca c U S U U S U S -????
?? ? ? ?=?- ? ? ? ? ?
?-????
??
(3)
由KCL 导出逆变器各相回路电压方程：
a a
a a
b b b b
c c
c c di U E Ri L dt
di U E Ri L dt di U E Ri L dt ?=++??
?
=++??
?
=++??
(4)
其中，
cos()2cos()32cos()3a m b m
c m E E t E E t E E t ωπωπω?
?=?
?
=-??
?
=+??
(5)
式中，m E ——电网相电压的幅值； ω—— 电网基波角频率。
化简（3.4）式可得逆变器交流侧三相静止坐标系下的数学模型：
10010010011010010010001001001a
a a a
b b b b
c c c c di dt U i E di R U i E dt L L L U i E di dt ?? ?
???????????? ?
? ? ? ? ? ? ?=-- ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????? ? ???
(6)
观察（6）式可知，abc 坐标系下的逆变器模型中各相电路参数之间彼此独立，所以该逆变器是一个线性解耦系统，可通过调节输出电压改变交流侧电流从
J Shanghai Univ(Engl Ed),2008,12(6):560–564 Digital Object Identi?er(DOI):10.1007/s11741-008-0617-1 The improved PAC method for a three-phase PWM grid-connected inverter LI Jie( ),MA Yi-wei( ),CHEN Guo-cheng( ),WANG De-li( ), YU Jun-jie( ) Shanghai Key Laboratory of Power Station Automation Technology,Shanghai University,Shanghai200072,P.R.China Abstract In this paper,a vector regulating principle of the phase and amplitude control PAC method for three-phase grid-connected inverters is presented.To solve the problem of heavy inrush current and slow dynamic response when system starts up,the starting voltage prediction control and the current feed-forward control are proposed and used,which improve the dynamic performance of the system in the PAC.The experimental results carried out on a three-phase grid-connected inverter proved the validity of the proposed method. Keywords three-phase pulse width modulation(PWM)grid-connected inverter,phase and amplitude control(PAC),starting voltage prediction control,current feed-forward control Introduction Three-phase pulse width modulation(PWM)grid- connected inverters can realize feeding electric energy to grid with unity power factor without harmonious pollution.Therefore,it can be applied to many situa- tions,such as solar photovoltaic generation,wind power generation and the energy-regeneration application[1?2]. The current control methods of three-phase PWM grid- connected inverters can be divided into two sorts,the direct current control and the indirect current control. The direct current control includes the hysteresis cur-rent control,the space-vector control,etc.[3?4]These methods can obtain faster current response,but the con- trol structure and algorithm are comparatively complex. The indirect current control is also called the phase and amplitude control(PAC).It has advantages that the control is simple without current feedback and its cost is low[5?6].However,comparing with the direct current control,its current dynamic response is not very fast. Recent research about PAC mainly involved in improv-ing the dynamic performance of the system in operation and design of system parameters[2,7].None of them re-fer to improving startup the dynamic performance of the system.However,in some situations(such as eleva-tors and port machines),grid-connected inverters have to start and stop frequently.The dynamic performance of the system in startup makes an important impact on the quality of electric power fed into grid. In this paper,based on the research concerned[7?8], a15kW three-phase PWM grid-connected inverter us-ing PAC is designed.Moreover,to solve the problem of heavy inrush current and slow dynamic response when system starts up,the starting voltage prediction control and the current feed-forward control are presented.The experimental results proved the validity of the proposed methods. 1Structure of main circuit and operat-ing principle 1.1Structure of main circuit The main circuit structure of a three-phase PWM grid-connected inverter consists of a bridge recti?er made up of six IGBTs with anti-parallel diodes,DC link capacitance and series inductances. As shown in Fig.1,The AC output ports of the sys- tem are directly connected to the gird,while the DC in-put ports are connected to E G(E G is a renewable power supply)in series with an isolation diodes V D which en- sure the energy can only?ow into the grid.Before the system runs,all the IGBTs(V1～V6)are blocked.En-ergy can’t be fed into the grid and the supply-side cur- rent is zero.After the system runs,the DC link voltage is held on the set voltage by controller and all the IGBTs are switched on or o?by the given PWM rule.Then en-ergy is fed into the grid. Received Nov.21,2007;Revised Apr.15,2008 Project supported by the Shanghai Education Committee Scienti?c Research Subsidization(Grant No.05AZ30),and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education(Grant No.20060280018) Corresponding author CHEN Guo-cheng,Prof.,E-mail:gchchen@https://www.doczj.com/doc/ff17406913.html,
湖南文理学院 课程设计报告 三相PWM逆变器的设计 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化10102班
摘要 本次课程设计题目要求为三相PWM逆变器的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。 本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个环节的设计，比如触发电路、控制电路、主电路等，其中部分电路的绘制采用Proteus软件，最后结合Matlab Simulink仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。 关键词：三相PWM 逆变电路Matlab 仿真
Abstract The curriculum design subject requirements for the design of the three-phase PWM inverter. Design process from the principle of analysis, selection of components, to scheme and the Mat-lab simulation, etc., to consolidate the theoretical knowledge, basic meet the design requirements. This article will be carried out in accordance with the design of process analysis, and the corresponding principles, including the theoretical foundation of the inverter circuit and introduction, using Matlab simulation software, etc., in addition, will also clearly introduces the design of every link, such as trigger circuit, control circuit, main circuit, etc., some of the drawing of the circuit using Proteus software, finally combined with Matlab Simulink, established a three-phase fully-controlled bridge voltage source type inverter circuit simulation model, and then through the software to get the ideal results. Keywords: Matlab simulation, three-phase ,PWM, inverter circuit
一． 三相线电压到三相相电压的转化 1()31()31() 3 a a b ca b b c ab c ca bc U U U U U U U U U =-=-= - 二． 三相静止坐标到两相静止坐标的转化（恒功率） 2[0.5()]3 2()] 3 2 alf a b c beta b c = -+= - 三． 两相静止坐标到两相旋转坐标的转化（恒功率） cos*sin*sin*cos*d alf beta q alf beta =+=-+ 四． 两相旋转坐标到两相静止坐标的转化（恒功率） cos*sin*sin*cos*alf d q beta d q =-=+ 五． SVPWM 的算法 1. 扇区N 的计算 A=beta U ， alf beta U -， C=a lf b eta U -当A>=0，A=1，否则A=0； B>=0，B=1，否则B=0；当C>=0，C=1，否则C=0；那么扇区N=A+2B+4C 。 2.XYZ 的计算 dc X U = ，32alf beta dc U Y T U += ，32alf beta dc U Z T U -+ = 当T1+T2>=T 时,1112 T T T T T =+,2212 T T T T T = +
https://www.doczj.com/doc/ff17406913.html,R1_Val, CCR2_Val, CCR3_Val 的计算 六． 有功无功解耦控制 * *()()*()()*id d d d pd d q d iq q q q pq q d q k U i i k i R Li E s k U i i k i R Li E s ωω=-++-+=-+ +++
题目：基于Matlab/ Simulink的三相光伏发电并网系 统的仿真 院系： 姓名： 学号： 导师：
目录 一、背景与目的 (3) 二、实验原理 (3) 1.并网逆变器的状态空间及数学模型 (3) 1.1主电路拓扑 (4) 1.2三相并网逆变器dq坐标系下数学模型 (4) 1.3基于电流双环控制的原理分析 (5) 2.LCL型滤波器的原理 (6) 三、实验设计 (8) 1.LCL型滤波器设计 (8) 1.1LCL滤波器参数设计的约束条件 (8) 1.2LCL滤波器参数计算 (8) 1.3LCL滤波器参数设计实例 (9) 2.双闭环控制系统的设计 (10) 2.1网侧电感电流外环控制器的设计 (10) 2.2电容电流内环控制器的设计 (11) 2.3控制器参数计算 (12) 四、实验仿真及分析 (12) 五、实验结论 (16)
一、背景与目的 伴随着传统化石能源的紧缺，石油价格的飞涨以及生态环境的不断恶化，这些问题促使了可再生能源的开发利用。而太阳能光伏发电的诸多优点，使其研究开发、产业化制造技术以及市场开拓已经成为令世界各国，特别是发达国家激烈竞争的主要热点。近年来世界太阳能发电一直保持着快速发展，九十年代后期世界光伏电池市场更是出现供不应求的局面，进一步促进了发展速度。 目前太阳能利用主要有光热利用，光伏利用和光化学利用等三种主要形式，而光伏发电具有以下明显的优点： 1. 无污染：绝对零排放－没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”； 2. 可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，具有理想的可持续发展属性； 3. 资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间是否丰富之分； 4. 通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储； 5. 分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义； 6. 资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用； 7. 灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成，容量可大可小，扩容方便，保持系统运转仅需要很少的维护，系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件； 8. 光伏建筑集成（BIPV-Building Integrated Photovoltaic）：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。 我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一，也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。随着我国能源需求的不断增长，以及化石能源消耗带来的环境污染的压力不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用越来越受到国家的重视和社会的关注。 二、实验原理 1.并网逆变器的状态空间及数学模型
三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)……………. 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路
日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC）。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1.
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
基于电压空间矢量控制的三相逆变器的研究 1、SVPWM逆变电路的基本原理及控制算法 图1.1中所示的三相逆变器有6个开关，其中每个桥臂上的开关工作在互补状态，三相桥臂的上下开关模式得到八个电压矢量，包括6个非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)和两个零矢量(000)、(111). 图1.-1 三相桥式电压型有源逆变器拓扑结构 在平面上绘出不同的开关状态对应的电压矢量，如图1.2所示。由于逆变器能够产生的电压矢量只有8个，对与任意给定的参考电压矢量，都可以运用这8个已知的参考电压矢量来控制逆变器开关来合成。 3 U(011) 1 U(001)5 U(101) 4 U(100) 6 U(110) 2 U(010) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ U(000) 7 U(111) β c U θ β u α u 1 sv U2 sv U 3 sv U 图1.2 空间电压矢量分区 图1.2中，当参考电压矢量在1扇区时，用1扇区对应的三个空间矢量U sv1、U sv2、U sv3 来等效参考电压矢量。若1.2 合成矢量 ref U所处扇区N的判断 三相坐标变换到两相β α-坐标： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ) ( ) ( ) ( 2 3 - 2 3 2 1 - 2 1 - 1 3 2 ) ( ) ( t t t t t u u u u u co bo ao β α （1.1）
根据u α、u β的正负及大小关系就很容易判断参考电压矢量所处的扇区位置。如表1.1所示。 表1.1 参考电压矢量扇区位置的判断条件 可以发现，扇区的位置是与u β、 u u βα-3及u u βα--3的正负有关。为判断方便，我们设空间电压矢量所在的扇区N N=A+2B+3C （1.2） 其中，如果u β ＞0，那么A=1,否则A=0 如果u u βα-3 ＞0，那么B=1,否则B=0 如果u u βα--3 ＞0，那么C=1,否则C=0 1.3 每个扇区中基本矢量作用时间的计算 在确定参考电压矢量的扇区位置后，根据伏秒特性等效原理，采用该扇区三个顶点所对应的三个电压空间矢量来逼近参考电压矢量。以参考电压矢量位于3扇区为例，如图1.3所示，参考电压U ref 与U 4的夹角为γ。 β 1 4 图1.3 电压空间矢量合成示意图 根据伏秒特性等效原理算出 () ???? ? ? ? ?? ????--==-=T T T T V T u T V T u u T s dc s ref dc s ref ref 21021 33321 β β α （1.3）
计算机辅助工程设计 课程设计与报告 题目：基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究
基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究 第一章绪论 1.1课题背景及研究意义 当今社会，资源、环境和能源问题仍困扰着世界的发展。对此，各国对开发利用新型能源、使用清洁能源的需求日益迫切，尤其是中国，地广人多，是能源消耗大国。目前，国内更多的依靠火电、水电和核聚变发电来供电。然而火电生产排放大量的硫化物、粉尘等严重污染空气，影响气候变迁，其来源化石能源也将消耗殆尽；水电建设成本高，资源有限，还会给江河系统造成不可逆的破坏；核电在安全方面有缺陷，一旦核泄漏，将给环境造成毁灭性的破坏，日本福岛核泄漏事故就是一个活生生的例子。 因此，人类不得不寻求更加清洁、安全的替代能源。进入21世纪后，各国政府都在大力鼓励研究清洁可再生能源，太阳能、风能、地热能、潮汐能等环境能量开发技术获得快速发展，其中尤以风能和太阳能应用最多。由于我国资源分布不均衡，有些地方如内蒙古、沿海，有的地方太阳能蕴藏量大，如西藏，但这些地方发出的电当地并不能完全消纳，而其他一些地区则因负荷过重而缺电，因此将电资源丰富的地方发出的电并入电网是明智之举。 然而，分布型电能并入电网需要做到与电网同频同相同幅值，目前并网技术成为了新能源发电的瓶颈技术。因此，本文通过从并网逆变器的设计着手研究新能源并网技术，具有一定实际意义。 1.2 并网标准 新能源发电并入电网的电能必须满足以下3个条件[5]： （1）电压幅值：纹波幅值≤10%。 （2）频率：频差≤0.3Hz[1]。 （3）相位相同，相序相同，且相位差≤20°。 表1-1 并网标准化指标
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
三相SPWM逆变器仿真 一、原理分析 1、基本原理 按照输出交流电压半周期内的脉冲数，脉宽调制（PWM）可分为单脉冲调制和多脉冲调制；按照输出电压脉冲宽度变化规律，PWM可分为等脉宽调制和正弦脉 宽调制（SPWM）。 等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高，为了使输出电压波形中基波含量增大，应选用正弦波作为调制信号u R。这是因为等腰三角形的载波u T上、下 宽度线性变化，任何一条光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组脉冲宽度正比于 该函数值的矩形脉冲。而且在三角载波u T不变条件下，改变正弦调制波u R的周期 就可以改变输出脉冲宽度变化的周期；改变正弦调制波u R的幅值，就可改变输出脉 冲的宽度，进而改变u D中基波u D1的大小。这就是正弦脉宽调制（sine pulse width modulated,SPWM）。 2、正弦脉宽调制方法（此处仅介绍了采样法） SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。 下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图： 图—1 上图为一三相电压源型PWM逆变器，VT1~VT6为高频自关断器件，VD1~VD6为与之 反并联的快速恢复二极管，为负载感性无功电流提供通路。两个直流滤波电容C串 联接地，中点O’可以认为与三相Y接负载中点O等电位。逆变器输出A、B、C三 相PWM电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行，即PWM的调制方式。 假设逆变电路采用双极性SPWM控制，三相公用一个三角形载波u T,三相正弦调制信号u RA、u RB、u RC互差120o,可用A相来说明功率开关器件的控制规律，正如 下图中所示。当u RA>u T时，在两电压的交点处，给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号，则A相与电源中点O’间的电压u AO’=E/2。当u RA三电平光伏并网逆变器和仿真
三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制策略研究 发布:2018-09-07 | 作者: | 来源: mahuaxiao | 查看:436次 | 用户关注： 摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进,调整了有效矢量的选择范围,并对开关次序进行优化。该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。1引言目前,多电平变流器以其突出的优点在高压大 摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进, 调整了有效矢量的选择范围, 并对开关次序进行优化。该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。 1 引言 目前, 多电平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用,它不仅能减少输出波形的谐波，也易于进行模块化设计[1, 2]。二极管中点箝位式(NPC>三电平拓扑结构即是高压大功率变频器的主流拓扑结构之一[3] 。然而在三电平变流器的应用中, 也出现了一些问题，特别是共模电压问题。目前，变频器共模电压的抑制方法主要有两种：一是外加无源滤波器等，或有源滤波器[4-6]，这类方法会导致体积和成本显著增加，且不易应用于高压大容量场合；二是通过控制策略从源头减小共模电压，文献[7]、[8]提出一种SPWM消除共模电压的调制方法。该方式是通过异相调制来消除开关共模电压,但是存在直流电压利用率低、线性调制区过小的问题。 针对SPWM调制的电压利用率低、不利于运用于各种调制比工况下的缺点，本文从三电平逆变器共模电压形成机理出发，提出了一种基于优化电压空间矢量(SVPWM>方法, 可有效抑制三电平逆变器输出共模电压。并通过 Matlab/Simulink软件对该方法进行了仿真验证, 结果表明效果良好。 2 光伏三电平逆变器及其共模电压 本文研究的三电平光伏逆变器系统如图1所示。其输入为光伏阵列的直流电压，逆变器主拓扑为NPC三电平结构。设直流母线电压的幅值为Vdc,用开关状态字“1”,“0”和“-1”分别表示逆变器每相输出为+Vdc/2、0和-Vdc/2的三种状态,则三相三电平逆变器总共有27种不同的开关状态。根据幅值和相位可以画出三电平逆变器的电压空间矢量图，具体如图2所示。
交流调速系统课程设计题目：三相桥式SPWM逆变器的仿真设计 班级：0 姓名： 学号： 指导老师：
目录 摘要 (2) 关键词 (2) 绪论 (2) 三相桥式SPWM逆变器的设计内容及要求 (3) SPWM逆变器的工作原理 (3) 1 工作原理 (5) 2 控制方式 (6) 3 正弦脉宽调制的算法 (9) MATlAB仿真设计 (12) 硬件实验 (19) 实验总结 (23) 附录 Matab简介 (24) 参考文献 (24)
三相桥式SPWM逆变电路设计 摘要： 随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。 在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本实验针对正弦波输出变压变频电源SPWM调制方式及数字化控制策略进行了研究，以SG3525为主控芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。 关键词：逆变器SPWM逆变器的工作原理正弦脉宽调制的调制算法单极性正弦脉宽调制双极性正弦脉宽调制自然采样法规则采样法双极性正弦波等面积法 一、绪论 正弦逆变电源作为一种可将直流电能有效地转换为交流电能的电能变换装置被广泛地应用于国民经济生产生活中,其中有:针对计算机等重要负载进行断电保护的交流不间断电源UPS (Uninterruptle Power Supply) ;针对交流异步电动机变频调速控制的变频调速器;针对智能楼宇消防与安防的应急电源EPS ( Emergence Power Supply) ;针对船舶工业用电的岸电电源SPS(Shore Power Supply) ;还有针对风力发电、太阳能发电等而开发的特种逆变电源等等.随着控制理论的发展与电力电子器件的不断革新,特别是以绝缘栅极双极型晶体管IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)为代表的自关断可控型功率半导体器件出现,大大简化了正弦逆变电源的换相问题,为各种PWM 型逆变控制技术的实现提供了新的实现方法,从而进一步简化了正弦逆变系统的结构与控制. 电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。 IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它
基于SVPWM三相并网逆变器 仿真报告
目录 1. SVPWM逆变器简介 (1) 2. SVPWM逆变器基本原理 (2) 2.1. SVPWM调制技术原理 (2) 2.2. SVPWM算法实现 (5) 3. SVPWM逆变器开环模型 (11) 3.1. SVPWM逆变器开环模型建立 (11) 3.2. SVPWM逆变器开环模型仿真分析 (14) 4. SVPWM逆变器闭环模型 (16) 4.1. SVPWM逆变器闭环模型建立 (16) 4.2. SVPWM逆变器闭环模型仿真分析 (17)
1.SVPWM逆变器简介 三电平及多电平空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)法是建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。它以三相正弦交流参考电压用一个旋转的电压矢量来代替，通过这个矢量所在位置附近三个相邻变换器的开关状态矢量，利用伏秒平衡原理对其拟和形成PWM波形。空间矢量调制方法在大范围调制比内有很好的性能，具有很小的输出谐波含量和较高的电压利用率。而且这种方法对各种目标的控制相对容易实现。 SVPWM技术源于三相电机调速控制系统。随着数字化控制手段的发展，在UPS/EPS、变频器等各类三相PWM逆变电源中得到了广泛的应用。与其他传统PWM技术相比，SVPWM技术有着母线电压利用率高、易于数字化实现、算法灵活便于实现各种优化PWM技术等众多优点。
2. SVPWM 逆变器基本原理 2.1. SVPWM 调制技术原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加，这样通过控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，就可以使逆变器输出近似正弦波电压。 SVPWM 实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合，这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。实践和理论证明，与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比，SVPWM 的优点主要有： (1) SVPWM 优化谐波程度比较高，消除谐波效果要比SPWM 好，实现容易，并且可以提高电压利用率； (2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。 目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势，所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。 对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为： a m b m c m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ? ?=? ? =-?? ? =+?? (2.1)
深度干货：三相逆变器并网优势详解 首先，我们需要了解到单相电与三相电的区别，从波形上来看区分如下： 1.定义： 三相电：三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源，（如图） 单相电：单相电即一根相线（俗称火线）和一根零线构成的电能输送形式（如图） 2.三相电之于单相电的优势 1）从使用角度考虑，三相电的电压更高，可以驱动大功率的电器，例如，三相电可以驱动鼠笼式感应电动机，这种点击结构简单，维修制造方便，耐用，在工业上有重要用途，所以工业用电一般都是三相电。其次，采用三相电就有了更多的电压选择，因为三相电可以接出单相电，而单相电不能接出三相电。 2）从安全角度考虑，三相电可以提供更好的电压等级，相对较安全，假设电压是380V如果是单相的话就是一根线是380V，一根线是0V，但是如果是三相的话，两根线都是220V，电压等级的下降，在绝缘，线径等一系列安全问题上都有优势。 3）从物理学角度考虑，单相瞬时功率曲线是起伏的，不够稳定，而三相电机瞬时功率是一条直线，相当于平均功率，相对稳定。再者，因为三相电势三个相位互相差123度的单相电，由于这个原因，4更显就可以传输3倍的单相电能。
4）从经济角度考虑，对企业而言，使用的电压越高，电费就越便宜。对归家而言，如果是单相发电，全国一样要建输电塔，一样要挖电缆沟，和三相输电成本差不多，但是三相输电效率要高很多，相同成本下，三相电的输电能力比单相的强。 3.三相并网发电与单相并网发电比较 三相并网发电即逆变器连接的三相电网，单相并网发电即逆变器连接的是单相电网。 从上表的比较中可以看出，三相并网发电系统应用场合广，逆变器功率密度高，输出电能质量好，三相平衡对电网影响小，电网负担轻，电能利用率高，将会越来越多的应用于各个场合的发电系统中，为此，欧姆尼克作为户用系统的金牌供应商，推出了全新系列的小功率三相光伏并网逆变器，为户用并网系统提供了新的，智能化的新概念解决方案。 4.三相机 小功率智能光伏并网逆变器，相比于传统的户用单相户用并网逆变器优势如下： 1) 应用范围更广， 不光为户用屋顶提供智能化的解决方案，还可以适用于小型的工商业电站，使用户能有更多的选择。
2020年三相逆变器M a t l a b仿真精编版
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术 MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word: Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 [1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理
器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管 逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆 变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。