单相逆变器并网工作原理分析与仿真设计

摘要摘要随着“绿色环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到了迅速的推广，这使得研究可再生能源回馈电网技术具有了十分重要的现实意义。

如何可靠地、高质量地向电网输送功率是一个重要的问题，因此在可再生能源并网发电系统中起电能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。

本文以全桥逆变器为对象，详细论述了基于双电流环控制的逆变器并网系统的工作原理，推导了控制方程。

内环通过控制LCL滤波中的电容电流，外环控制滤波后的网侧电流。

大功率并网逆变器的开关频率相对较低，相对于传统的L 型或LC 型滤波器，并网逆变器采用LCL 型输出滤波器具有输出电流谐波小，滤波器体积小的优点，在此基础上本系统设计了LCL滤波器。

本文分析比较了单相逆变器并网采用单闭环和双闭环两种控制策略下的并网电流，并对突加扰动情况下系统动态变化进行了分析。

在完成并网控制系统理论分析的基础上，本文设计并制作了基于TMS320LF2407DSP的数字化控制硬件实验系统，包括DSP 外围电路、模拟量采样及调理电路、隔离驱动电路、保护电路和辅助电源等,最后通过MATLAB仿真软件进行验证理论的可行性,实现功率因数为1的并网要求。

关键词并网逆变器；LCL滤波器；双电流环控制；DSPWith the concept of”Green and Environmental Protection”was proposed．All kinds of new energy exploitation program are in the rapid promotion，which is in order to solve the power shortage，pollution and other issues．It makes exploring renewable energy feedback the grid technology has a very important practical significance．How to deliver power into the grid reliably and quality is an important problem，the inverter mat Can transform the electrical energy in the system of the renewable resource to be fed into the grid is becoming one of the hot points in intemational research．Based on the bridge inverter the analysis of the working principle and the deduction of the control equation have been presented. The strategy integrates an outer loop grid current regulator with capacitor current regulation to stabilize the system. The current regulation is used for the outer grid current control loop. The frequency of switching is slower in the high power grid-connected inverter. Compared with tradition type L or type LC, output filter and output current‟s THD of type LCL are all smaller.So on this basis, the system uses the LCL filter. This paper compares the net current of the single-phase inverter and net single loop and double loop under two control strategies, and the case of sudden disturbance of the dynamic change of the system.In complete control system on the basis of theoretical analysis, design and production of this article is based on TMS320LF2407DSP‟s digital control hardware test system, including the DSP external circuit, analog sampling and conditioning circuit, isolation, driver circuit, protection circuit and auxiliary power, etc., via MATLAB software to validate the feasibility of the theory. Achieve power factor is 1 and network requirements.Keywords Grid-connected inverter;LCL filter; Double current loop control;DSP目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1国内外可再生能源开发的现状及前景 (1)1.1.1 可再生能源开发的现状及前景 (1)1.1.2可再生能源并网发电系统 (3)1.2并网逆变器的研究现状及趋势 (4)1.3本文的结构及主要内容 (6)第2章单相并网逆变器总体设计 (8)2.1并网逆变器组成原理及主体电路硬件设计 (8)2.1.1 系统逆变主体电路拓扑结构及原理 (8)2.1.2 系统主体电路参数设计 (9)2.2逆变器的SPWM调制方式分析 (10)2.3LCL滤波器的设计 (14)2.3.1 利用隔离变压器漏感确定LCL滤波 (14)2.3.2 LCL滤波器数学模型及波特图分析 (15)2.3.3 LCL滤波器的参数设计 (16)2.4并网控制策略的提出 (18)2.4.1 电流型并网模型分析 (18)2.4.2 几种控制方法分析 (20)2.4.3 使用双电流闭环控制策略 (23)2.5本章小结 (25)第3章系统仿真及结果分析 (26)3.1单相逆变器开环仿真 (26)3.2单相逆变器并网单闭环仿真分析 (27)3.3基于双电流环的单相逆变器并网仿真分析 (28)3.4突加扰动时系统动态分析 (29)3.5本章小结 (31)第4章数字化并网控制系统硬件设计 (32)4.1基于DSP的并网控制系统整体设计 (32)4.2系统电路设计 (33)4.2.1 DSP外围电路设计 (33)4.2.2 模拟信号采样电路 (34)4.2.3 隔离、驱动电路 (36)4.2.4 多功能控制电源设计 (37)4.2.5 保护电路设计 (38)4.3本章小结 (38)结论 (39)参考文献 (42)致谢 .................................................................................... 错误！未定义书签。

单相逆变器仿真研究1概述随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。

现如今，逆变器的应用非常广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变。

另外，交流电机调速变频器、UPS、感应加热电源等使用广泛的电力电子装置，都是以逆变电路为核心。

本文以单相DC-AC逆变器为研究对象，设计了一种基于全桥式结构的SPWM逆变器。

以TI公司低功耗16位单片机MSP30FX169为核心，根据反馈的电压或电流信号对PWM 波形作出调整，进行可靠的双闭环控制，逆变部分采用MSP430数字化SPWM控制技术，以尽可能减少谐波。

为降低开关损耗，防止产生噪声，将开关频率设置为20KHZ。

系统具有短路保护，输入过压和过流保护功能，针对开关管，还完善了抑制浪涌电流，开断缓冲和关断缓冲等功能。

设计的硬件电路主要包括全桥式逆变主电路、控制电路、驱动电路、取样电路、保护电路等。

重点分析了SPWM控制算法，并给出了软件实现SPWM波形的过程。

采用无差拍控制和传统的PI控制方法相结合的复合控制方法，既利用了无差拍控制的快速动态响应特性，又利用了PI控制具有强的鲁棒性，据此设计的控制器能够使逆变器的输出电压很好地跟踪正弦波，在电容性整流负载下输出电压也具有很好的正弦性，在MATLAB/SIMULINK下建立了电源系统的仿真模型，完成了控制器的参数设计，并给出电源在不同负载下和主电路滤波器参数变化下的输出电压仿真波形，证明了本方案设计的逆变器能够得到优质的正弦交流电。

2方案论证2.1主回路拓扑结构方案选择逆变电源主电路结构的选取应该遵循以下几个原则：选用尽量少的开关器件，这样可以提高系统的可靠性，并且降低成本；尽量减少逆变电源中的电容值、电感值，和减少电容电感元件在逆变电源中的数量，这样可以减小整个逆变电源设备的体积，提高其可靠性，同时也应该降低设备的成本；电路拓扑结构应该有利于逆变电源最终输出电压中谐波的消除，输出电压频率及幅值的调节。

单相逆变器电路设计与仿真multisim【原创实用版】目录1.单相逆变器电路设计2.单相逆变器的建模与仿真3.控制思路与电路拓扑4.负载使用单相桥式整流5.电流内环与电压外环控制6.MATLAB 中的单相全桥逆变器电路建模与仿真7.利用仿真减少逆变器电路设计工时8.单相 LCL 并网逆变器 simulink 仿真9.逆变电路设计过程及仿真实例10.DC/AC：单相方波全桥逆变电路设计原理及实验仿真正文一、单相逆变器电路设计单相逆变器是一种将直流电源转换为交流电源的电路，其主要应用在太阳能发电、风力发电以及电力电子设备中。

在设计过程中，需要考虑电路的拓扑结构、控制策略以及负载特性等因素。

二、单相逆变器的建模与仿真建模是对电路的数学描述，仿真是利用计算机模拟电路的工作过程。

对于单相逆变器，可以使用 MATLAB 或 Multisim 等软件进行建模与仿真，以验证电路的性能指标是否满足设计要求。

三、控制思路与电路拓扑控制部分采用 PI 控制，包含电压外环和电流内环。

电压外环控制输出电压，电流内环控制输出电流。

电路拓扑采用全桥逆变电路，使用 LC 滤波器，负载为单相桥式整流电路。

四、负载使用单相桥式整流在单相逆变器电路中，负载通常使用单相桥式整流电路。

这种整流电路具有结构简单、工作效率高等优点，适合用于电压波形为矩形波的负载。

五、电流内环与电压外环控制电流内环和电压外环是逆变器控制策略的两个重要部分。

电流内环控制电流，电压外环控制电压。

通过这两个环路的联合控制，可以实现逆变器输出电压和电流的高效调节。

六、MATLAB 中的单相全桥逆变器电路建模与仿真在 MATLAB 中，可以通过 Simulink 工具箱搭建单相全桥逆变器电路模型，并进行仿真实验。

仿真结果表明，当同时打开绝缘栅双极型晶体管时，负载两端的电压和电流波形方向相同；当二极管 vd 同时导通时，电压和电流波形方向相反，理论分析与仿真实验结果完全一致。

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。

单相光伏逆变器的并网控制仿真陈建萍;张文【摘要】为将太阳能电池板输出的直流电输送到电网上,需要通过并网光伏逆变器将直流电转换为交流电,控制逆变器的输出电流与电网电压同频同相,以单位功率因数向电网输送.提出了对单相光伏并网逆变器采用电流跟踪控制和电网电压前馈控制的策略,对控制系统进行了分析建模.给出了环路相关参数的设计过程和数字化控制,建立了逆变器的单相并网仿真模型.仿真得到输出正弦电流波形良好,且针对实际电网电压有可能出现的畸变、电压突变和光伏电池功率变化等情况进行了抗干扰测试,仿真结果验证了本文方案的可行性和实用性.基于该并网控制策略的光伏逆变器能高功率因数向电网发电,动态响应快,鲁棒性强,跟踪精度高,并网电流的THD小于5％.【期刊名称】《赣南师范学院学报》【年(卷),期】2013(034)003【总页数】4页(P116-119)【关键词】光伏逆变器;并网;电流跟踪控制;电网电压前馈控制【作者】陈建萍;张文【作者单位】赣南师范学院物理与电子信息学院,江西赣州341000;赣南师范学院物理与电子信息学院,江西赣州341000;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510640【正文语种】中文【中图分类】TM615并网光伏逆变器要将太阳能板产生的直流电输送到电网，其输出控制模式有两种:电流型控制和电压型控制模式［1－2］.在前一模式中，因光伏逆变器对电网呈现出一种相对的高阻抗特性，并网输出电流受控，故其受到电网电压扰动的影响较小.文献［3］指出进网电流总谐波失真度(total harmonic distortion，THD)和功率因数(power factor，PF)是衡量发电质量的两项重要技术指标.本文对光伏并网逆变器的输出采用电流控制，旨在使逆变器稳定地输出高质量的正弦波交流电，与电网电压保持同频同相.目前实现并网电流闭环控制的方法主要有滞环控制、无差拍控制、重复控制及PI 控制等，均具有可数字控制、动态性能好和电压利用率高的特点［4］.一种实现电流闭环控制的常见方法即A.B.Plunkett提出的电流滞环，把输出电流参考波形和实际波形通过滞环比较器进行比较，其比较结果决定逆变电路的桥臂上下开关器件的通断，但滞环宽度一般固定，故将导致开关频率不固定［5］，在调制过程中容易出现窄脉冲和大尖峰电流.无差拍控制是在负载情况已知和控制周期的开始，根据电流的当前值和这一周期结束时的参考值选择一个使电流比较误差趋于零的电压矢量，去控制逆变电路的开关器件通断［6－7］，但是这种控制对系统变化很敏感，且当采样频率不高时误差较大，限制了其应用范围.文献［8］提出基于电网电压前馈和重复控制相结合的复合控制策略，因该控制算法复杂，目前并未应用于实际工程.文献［9］通过采样反馈电容电压以一个微分环节间接得到电容电流，但在实际工程中微分环节难以实现，且未对并网电流进行直接控制，存在着与电网电流谐振的风险.除此之外，近年来还出现了一些神经网络、模糊控制、滑模变结构等控制算法［10－15］，这些方法在控制结构和算法上较为复杂，大多限于仿真及理论研究，实际应用较少.本文提出了两级式光伏并网逆变器采用电流跟踪控制和电网电压前馈控制的结构，在Matlab\Simulink下进行了仿真研究和数字化控制，利用数字锁相环自动追踪电网电压信号频率与相位，通过仿真结果来验证本文并网控制策略的有效性和正确性.1 并网控制策略逆变器并网工作时，忽略线路中的损耗及电网电感和电阻，故后级逆变电路的工作原理图可等效为图1所示，由VT1－VT4组成全桥逆变器，VT1、VT4和VT2、VT3交替导通，向电网输出并网电流.与光伏阵列连接的前级DC/DC升压后得到Vdc，Vout为幅值为400 V的正负电压脉冲序列.LC构成低通滤波器.首先将Boost直流母线电压得到约400 V，使逆变器进入工作状态.检测到光伏电池在工作电压范围内，采样光伏电池的电压和电流进入MPPT算法，保证后级逆变电路输入电压大于电网的峰值电压，再经过外环调节，同时在交流侧采样电网电压，对其进行锁相，采用PI控制并网逆变器的输出电流为高质量的正弦交流电，且与电网电压同频同相.最后电流内环的输出和电网电压前馈合成调制波送给DSP 生成SPWM控制功率开关管的开断脉冲.图1 并网控制策略框图由于并网电流受含有一定量低次谐波的电网电压影响，故采用电网电压前馈来消除扰动.通过对电流环的比例参数整定来得到理想的输出波形.由于滤波电容C的电流很小，iout近似为逆变器馈入电网的电流.将实际采样的Vdc经过与Vref相比较后PI调节得到给定并网电流参考的幅值iref.采集电网电压的过零点同步信号，经过数字锁相环后得到电网电压的相角同步信号.iref乘以当前周期的正弦值后得到下一周期瞬时电流的预测值iref*，将iref*与AD采样得到的当前周期输出电流iout，经过PI控制器运算后，与电网电压Vgrid前馈相加得到控制占空比信号.控制信号送入PWM发生器，PWM信号经开关管的驱动电路隔离、放大后，驱动功率开关管工作，产生的正弦波电流与电网同频同相.2 仿真设计与分析送入逆变器DC/AC的直流母线输入电压Vdc约为400 V，电网交流电压220V/50 Hz，考虑到开关损耗，设置开关频率fs为20 kHz.如引言所述，可首先建立电流滞环PWM来进行电流闭环控制，如图2所示.仿真后的结果如图3所示，容易发现，电流输出波形质量由滞环宽度决定，而且开关频率变化不固定，容易导致波动或尖峰，因此不适合采用滞环控制，选择SPWM调制.图2 电流滞环PWM控制LC滤波器可以抑制入网电流的各次开关谐波，使其总谐波含量符合IEC61000－3－12和IEEE 929－2000的要求，其谐振周期一般设计为5－10倍的载波周期.文献［16－19］采用了LCL滤波器来抑制高频谐波电流入网，但增加了并网逆变器的阶数带来低阻尼谐振问题，随着器件老化可能产生意料不到的右半平面零极点影响控制系统，故本文不采用.电感值可根据电感纹波电流范围来确定，接下来即可确定滤波电容值［20］.取电感电流纹波20%，得L≥3.7 mH.选用两个滤波电感2 mH，等效串联电阻R L=0.5 Ω.两电感同时构成一个共模滤波器，保证了稳态滤波及限制瞬态谐振峰值，具有更好EMI滤波效果.取LC滤波器的转折频率为1/10的载波频率，最后得到滤波电容C=1.5 μF［21］.Vout至输出电流的滤波器的传递函数Gvi为图3 电流滞环仿真结果当忽略功率器件和死区时间等非线性因素影响时，逆变器可以等效为一个小惯性环节［22］，进而可得到调制器的传递函数.假设直流输入基本上稳定在400 V，逆变器输出电压即网压有效值为220 V，对应逆变电路的调制比为220/400=0.778.设三角载波的幅值为10 V，对应逆变器输出220 V的正弦调制参考波的幅值为7.78 V.故电流采样电路的比例系数a为.综上，未经校正的系统功率电路级的开环传递函数Go为其中k为逆变器输入电压400V/10 V(三角载波的幅值)=40.将参数代入式(2)，借助Matlab可得到逆变器系统的开环频率特性如图4所示.由图4可看出，系统开环增益太小，稳态误差较大，需改造其动态特性，故选择采用动态响应较快和鲁棒性较强的PI调节器对其进行补偿.PI控制器在系统中添加了一个位于左半平面的开环零点和另一个在原点的开环极点.负零点可提高系统的阻尼程度.在原点的极点可以减小系统的稳态误差.而为达到最优的控制效果，把零点设置在被控对象环路增益的转折频率处.最终采用PI调节器Gc校正后的开环传递函数Goc为图4 未经过校正的开环环路传递函数Go将参数代入式(3)，可得到系统开环频率特性如图5所示.从图5中可以看出，系统相角裕度为52.6.，截止频率为12.3 kHz，满足稳定性要求.对这组参数利用Matlab仿真软件进行优化，可以确保系统得到足够的稳定裕度，同时尽力兼顾动态性能.补偿后的幅频特性在低频率段开环增益增大，系统的频带变宽了，这说明减小了系统静差，提高了动态响应的速度.由于实际电路参数可能有偏差或波动，所以实验时需要对控制器参数进一步修正.系统的根轨迹图如图6.取采样频率等于开关频率即20 kHz，大于环路频带，以保证离散化精度.把DSP 下控制对象的采样相位延迟近似为一零阶保持器，系统频率响应如图7所示.图5 校正后的Goc开环环路传递函数图6 系统的根轨迹图图7 离散化后的系统频率响应曲线由图7可以看到，由于DSP中特有的采样等相位延迟的影响，相位裕度减小为19.4°.因为小信号模型是在开关频率的1/2以下有效，所以对于高频段的变异可以忽略.为保证系统的稳定性，因此调整采样频率为40 kHz，频率响应如图8所示. 由图8可以看到，相位裕度增加到为35.1°，基本满足稳定性要求.电流内环产生电流误差与载波信号相交后产生控制开关管的开关信号，控制全桥逆变电路的功率开关管，经滤波器后馈入电网正弦波电流.电网的电压谐波是影响逆变器输出并网电流的主要因素［23］.前馈控制用来补偿来自电网等的扰动信号，其增益取值较小，对系统稳定性没有影响.这里引入电网电压前馈，目的是消除网压的扰动对电流的影响，使系统近似成为一个简单的无源跟随系统.这里通过外电压环控制来直接调节前后级的功率平衡输出，在前级MPPT控制时采用了光伏电压的前馈补偿及直流电压截止负反馈来确保逆变器的正常工作.零阶保持器用于模拟DSP的数字控制.图8 调整采样频率后的系统频率响应曲线根据系统设计的参数，在Simulink中进行光伏发电并网工作时的仿真，得到负载切换时逆变器的输出电流的仿真波形，仿真结果反映了光伏系统的电流输出与电网电压保持同频同相且反应快速.从图9的并网电流的频谱分析上可以看出，总谐波系数为3.53%，谐波含量比较少.并网逆变器工作过程有两个扰动因素:光伏阵列的功率和电网电压.负载的瞬态响应可以反映逆变器对负载电压在发生突变(突加载或突卸载)时的应变能力，负载电压的扰动会直接传递到并网电流.例如，电网电压值可能会因交流负载的变化而发生突变，设在0.027 s处施加+15 V电网电压扰动变化，电流波形出现0.5 A跌落变化之后0.001 s内即恢复为标准正弦波.实际中电网电压的幅值、频率和相位变化范围相对较小，不敏感，这里主要考虑白天太阳照度的变化引起的光伏阵列功率变化，如图10所示.图9 输出电流THD频谱图从仿真结果可以看出，当有光伏阵列－250 W扰动发生时电流波形出现一个约1 A的跌落变化，但在不到0.001 s的时间内就恢复了稳定.由此可见系统的抗干扰特性好和鲁棒性强.仿真结果验证了该并网控制策略设计的可行性和正确性.3 结论本文对并网控制策略进行总体设计，分析了常用的并网逆变控制方法及应用到的数字锁相环技术，确定了电压源输入、电流源输出的控制方式和电流跟踪控制和电网电压前馈的并网控制策略，通过对不同扰动下的控制方案仿真，电流环的PI控制可以抑制不同扰动，电网电压前馈控制几乎可以抵消电网的影响，验证了并网控制策略设计的正确性.仿真实验结果表明了在该控制方案下逆变器能有效地对输出电流进行控制，实现了以单位功率因数输出正弦波电流，逆变器输出电流的谐波小于3%，达到了国内国际并网标准的相关规定，且具有非常好的动态响应.图10 光伏阵列扰动时输出的并网电流参考文献:【相关文献】［1］窦伟，徐正国，彭燕昌，等.三相光伏并网逆变器输出电流波形控制技术研究［J］.太阳能学报，2007，28(11):22－26［2］王飞，余世杰.太阳能光伏并网发电系统的研究［J］.电工技术学报，2005，20(5):72－74. ［3］STD 929 ～2000 IEEE recommended practice for utility interface ofphotovoltaic(PV)systems［S］.New York:IEEE，2002.［4］董密，罗安.光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法［J］.电力系统自动化，2006，30(20):97－102.［5］顾和荣，杨子龙，邬伟扬.并网逆变器输出电流滞环跟踪控制技术研究［J］.中国电机工程学报，2006，26(9):108－112.［6］刘胜荣，杨苹，肖莹，等.两级式光伏并网逆变器的无差拍控制算法研究［J］.电力系统保护与控制，2010，38(8):26－29.［7］杨勇，阮毅，叶斌英，等.三相并网逆变器无差拍电流预测控制方法［J］.中国电机工程学报，2009，9(37):40－46.［8］郑诗程，刘伟.光伏并网发电系统及其控制策略的研究与仿真［J］.系统仿真学报，2009，21(19):6161－6165.［9］Wu E，Lehn P W.Digital current control of a voltage source converter with active damping of lcl resonance［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2006，21(5):1364 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文劲松(1982—),男,硕士研究生,研究方向为数字信号处理及应用。

3k W单相可再生能源并网逆变器设计文劲松,　戴瑜兴,　刘　伟(湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙　410082)摘　要:设计了一种基于DSP 控制的3k W 单相可再生能源并网逆变器,阐述了其并网的关键技术。

通过对并网控制和孤岛效应等问题的分析,给出了具体的解决方案。

经系统仿真和样机实验证明,该逆变器能够实现可再生能源以高功率因数回馈电网。

关键词:可再生能源;并网逆变器;DSP;孤岛效应中图分类号:T M 464　文献标识码:A 文章编号:100125531(2007)1520026204D esi gn of the 3k W S i n gle 2Pha se Renew a bleEner gy Gr i d 2C onnected I n ver terW EN J insong,　DA I Yuxing,　L I U W ei(I nstitute of Electrical and I nf or ma tion Enginee ring,Hunan Unive rsity,Changsha 410082,China) Abstra c t:T he 3k W singl e 2pha s e renewab l e energy gri d 2connec ted inverter ba s ed on DSP control wa s de 2signed .A nd the key techniques of t he single 2phase inverte r was introduced .The techn i ques of islanding p r otec ting and inverte r connec ting with grid we re discuss ed in de tail .The system si mula ti on and model machine test re sults sho w tha t t he inverter can give renewable energy back t o grid by high po wer fac t or .Key word s:r en ewab le en ergy ;i nver ter s ;DSP;isl and effec t戴瑜兴(56—),男,教授,博士生导师,研究方向为数字化系统设计理论及应用。

单相逆变器工作原理
单相逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子装置。

它主要应用在太阳能光伏发电系统中，将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，以供电网使用或者给电器设备供电。

单相逆变器的工作原理基本上可以分为四个步骤：整流、电容滤波、逆变和输出滤波。

首先，通过整流电路将太阳能电池板产生的直流电转化为大致稳定的直流电。

这个过程可以使用二极管整流桥来完成，将交流电转换为脉动的直流电。

接下来，通过电容滤波来平滑直流电的脉动波形。

电容滤波器可以将脉动直流电转换为相对稳定的直流电，提高转换效率。

然后，将平滑后的直流电输入到逆变电路中。

逆变电路通常由晶体管、MOSFET等元件构成，根据控制信号的调整，将直流电转换为交流电。

通过调整开关频率和占空比，可以得到所需的交流电输出波形。

最后，通过输出滤波器对逆变后的交流电进行滤波，去除掉交流电中的高频噪声和谐波，得到稳定的交流电输出。

总之，单相逆变器通过整流、电容滤波、逆变和输出滤波这几个步骤，实现了将太阳能电池板产生的直流电转换为稳定的交流电。

这种转换方式极大地提高了太阳能发电系统的效率和适
用范围，使得太阳能发电可以更加方便地应用于日常生活和工业生产中。

基于LCL滤波的单相并网逆变器的设计张朝霞;文传博【摘要】并网逆变器作为发电系统和电网连接的核心装置,直接影响整个并网发电系统的性能,已成为国内外研究的热点.以单相全桥逆变器为研究对象,为更好地减小入网电流的总谐波失真,采用LCL型滤波器,具有更好的高频谐波抑制能力.控制策略使用双电流闭环控制,推导了控制方程,内环控制LCL滤波器中的电容电流,外环控制滤波后的电网侧电流,此控制方法使系统的稳定性和动态性能都得到了很好改善.设计了各元件的取值规则,建立了系统仿真模型,通过Matlab/Simulink仿真,证明了建立的单相并网逆变器可成功实现并网运行.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2019(022)002【总页数】6页(P83-88)【关键词】并网逆变器;滤波器;谐波抑制;双电流环控制【作者】张朝霞;文传博【作者单位】上海电机学院电气学院,上海 201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM464光伏发电和风力发电等新能源并网是能源可持续发展战略的重要问题。

许多国家都积极研发光伏发电、风力发电等新能源并网发电系统[1-4]。

目前，常用的新能源回馈电网的方案为：先把新能源转化成电能；再把电能调节成满足全桥逆变器所需的直流电压；最后由全桥逆变器将新能源回馈到交流电网。

在整个并网系统中，最核心的环节是逆变器，使用正弦脉宽调制逆变技术(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)。

这种方案采用了较多模拟环节，且其控制方法也比较落后，就使得并网逆变装置的并网效果不那么理想，使其应用受到限制。

针对并网逆变器技术的探索越来越多，面对以往控制技术的不足，人们提出了很多研究方向。

文献[5]将高速的数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)应用到并网逆变器的控制之中，使用数字控制与模拟控制结合实现理想的控制效果；文献[6]根据各系统情况的不同，采用不同的逆变器拓扑结构，如单相、三相、隔离等，且各结构之间可以进行组合，形成各种不同的形式，来满足更多的需求。

单相光伏并网逆变器控制策略的仿真卞策;王云亮;邸炜松【摘要】A kind of new control strategy, which contraposed small photovoltaic grid-connected system, is proposed. The op-erating principle of the system of signal-phase grid-connected photovoltaic power is analyzed, and the mathematical model of photovoltaic grid-connected system is established. Because of PLL technique could make the inverter output current and utili-ty-grid voltage with the same frequency and phase, and the influence of grid on photovoltaic grid-connected system could be counteracted with the feed-forward control of utility-grid voltage, the compound control strategy, which based on the combina-tion of phase-locked loop (PLL) technique and feed-forward control of voltage, is put forward. The power output stage model of system is established under Matlab/Simulink, and different control strategies are compared. The results prove that the wave-form of grid-connected current output from photovoltaic grid-connected system can be improved by the control strategy pro-posed in this paper and the THD is reduced.%本文针对小型光伏并网装置，提出了一种新的控制策略。

单相逆变器设计与仿真班级学技术要求：逆变器类型：单相逆变器输出额定电压：825V输出额定功率：25KVA输出额定频率：50HZ功率因素：≥0.8过载倍数：1.5⑴、设计主电路参数；⑵、建立数学模型，给出控制策略，计算控制器参数；⑶、建立仿真模型，给出仿真结果，对仿真结果进行分析。

目录一、单相逆变器设计 .....................................................................................................- 4 -1、技术要求 ..........................................................................................................- 4 -2、电路原理图 .......................................................................................................- 4 -3、负载参数计算 ...................................................................................................- 4 -3.1、负载电阻最小值计算 ...............................................................................- 5 -3.2、负载电感最小值计算 ...............................................................................- 5 - 3.3、滤波电容计算..........................................................................................- 5 - 4、无隔离变压器时，逆变器输出电流计算 .............................................................- 6 -4.1、长期最大电流（长）O I ...............................................................................- 6 -4.2、短期最大电流短）(0I .................................................................................- 7 - 5、无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值 .............................................................- 7 -5.1、长期电流峰值长）(OP I ...............................................................................- 7 - 5.2、短期电流峰值短）(OP I ...............................................................................- 7 - 6、滤波电感计算 ...................................................................................................- 7 -6.1、滤波电感的作用 ......................................................................................- 7 - 6.2、设计滤波器时应该注意的问题 .................................................................- 7 - 6.3、设计滤波器的要求...................................................................................- 8 - 7、逆变电路输出电压（滤波电路输入电压） .........................................................- 8 -7.1、空载........................................................................................................- 9 - 7.2、 额定负载纯阻性1cos =ϕ .....................................................................- 9 - 7.3、额定负载阻感性8.0cos =ϕ ....................................................................- 9 - 7.4、过载纯阻性1cos =ϕ ............................................................................ - 10 - 7.5、过载阻感性8.0cos =ϕ ......................................................................... - 11 - 8、逆变电路输出电压 .......................................................................................... - 11 - 9、逆变电路和输出电路之间的电压匹配 .............................................................. - 12 - 10、根据开关压降电流选择开关器件.................................................................... - 12 - 11、开关器件的耐压 ............................................................................................ - 13 - 12、单相逆变器的数学模型.................................................................................. - 13 - 13、输出滤波模型................................................................................................ - 14 - 14、单相逆变器的控制策略.................................................................................. - 15 - 14.1、电压单闭环控制系统 ........................................................................... - 15 - 14.2、电流内环、电压外环双闭环控制系统 ................................................... - 16 -二、单相逆变器仿真 ................................................................................................... - 20 -1、输出滤波电路仿真 .......................................................................................... - 20 -2、电压单闭环控制系统仿真 ................................................................................ - 21 -3、电流内环、电压外环双闭环控制系统 .............................................................. - 23 -一、单相逆变器设计1、技术要求输出额定电压：825V输出额定功率：25KVA输出额定频率：50HZ功率因素：≥0.8过载倍数：1.52、电路原理图图1 单相全桥逆变电路设计步骤：（1）、根据负载要求，计算输出电路参数。

单相光伏并网逆变器的研究引言：随着全球对可再生能源的需求不断增长，太阳能作为一种最为常见和可再生的能源之一，被越来越广泛地应用于电力领域。

并网逆变器作为太阳能发电系统中的重要组成部分，扮演着将太阳能电能转换成可供电网使用的关键角色。

在其中，单相光伏并网逆变器作为逆变器的一种特殊形式，具有其独特的优势和挑战。

本文旨在探讨单相光伏并网逆变器的研究进展和未来发展方向。

一、单相光伏并网逆变器的基本原理单相光伏并网逆变器是将太阳能电池板产生的直流电能转换成交流电能，并实现与电力网的无缝连接。

其基本原理如下：首先，通过光伏阵列将太阳辐射转换成直流电能；然后，将直流电能输入给逆变器；逆变器通过PWM控制或其他技术将直流电转换成交流电，最终与电力网相连接。

二、单相光伏并网逆变器的关键技术1.MPPT算法最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）是光伏并网逆变器的核心技术之一，主要用于提高系统的能量利用率。

MPPT算法能够根据光照强度和温度变化追踪光伏阵列的最大功率点，从而使得光伏阵列的输出功率最大化。

2.电网互感器设计3.低谐波控制技术光伏并网逆变器的运行可能会引起一些电网发生谐波，噪声等问题。

因此，低谐波控制技术在单相光伏并网逆变器的研究中显得尤为重要。

现有的低谐波控制技术包括多级逆变器、谐波滤波器等，旨在减小谐波和噪声对电力网的影响。

三、单相光伏并网逆变器的应用和发展趋势在未来的发展中，单相光伏并网逆变器将会朝着以下几个方面发展：1.提高逆变器的效率和电能质量，以提高发电系统的整体性能。

2.发展更智能化和自适应的MPPT算法，以提高能源利用率。

3.发展更为紧凑和轻便的设计，以适应各种场景的需求。

4.加强逆变器与电力网的通信和控制能力，以实现更高效的能量管理。

结论:单相光伏并网逆变器作为太阳能发电系统的重要组成部分，具有广阔的应用前景。

通过MPPT算法、电网互感器设计和低谐波控制技术等的不断创新，单相光伏并网逆变器在提高能源利用率、提高发电系统效率等方面取得了显著的研究进展。

单相逆变电路工作原理单相逆变电路指的是将直流电转换为交流电的电路。

这种电路通常由逆变器、控制电路和滤波电路等部分组成。

在工业控制、交流电源、太阳能逆变器等领域中，单相逆变电路起着至关重要的作用。

下面将详细介绍单相逆变电路的工作原理，以及其在各个领域中的应用。

一、单相逆变电路的工作原理单相逆变电路是指将直流电能转换为交流电能的电路。

其工作原理主要基于开关管的导通和截止来实现。

在单相逆变电路中，最常用的开关器件是双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。

逆变电路可以分为两种基本结构：全桥逆变和半桥逆变。

（一）全桥逆变电路全桥逆变电路由四个开关管组成，可以将直流电源转换为交流电源。

在正半周，开关管1和开关管4导通，而开关管2和开关管3截止，将电压施加在电容上，电容充电并为负载提供电源。

在负半周，开关管2和开关管3导通，而开关管1和开关管4截止，电容放电并为负载提供电源。

通过这种方式，全桥逆变电路可以实现直流电到交流电的转换。

（二）半桥逆变电路半桥逆变电路由两个开关管组成，可以将直流电源转换为交流电源。

在正半周，开关管1导通，开关管2截止，电容通过开关管1充电并为负载提供电源。

在负半周，开关管2导通，开关管1截止，电容通过开关管2放电并为负载提供电源。

半桥逆变电路通常用于小功率应用，成本更低，效率更高。

在实际应用中，单相逆变电路通常配备PWM控制电路，以实现对输出波形的精确控制。

PWM控制电路可以通过控制开关管的工作周期和占空比来调整输出交流电的频率和幅值，从而满足不同的应用需求。

二、单相逆变电路在各领域的应用1. 工业控制领域单相逆变电路广泛应用于各种工业控制设备中。

如变频调速器、UPS电源、电动机驱动器等。

工业控制领域对电能质量和稳定性要求非常高，单相逆变电路通过PWM控制技术可以提供高质量的交流电能，满足工业生产对电能的各种需求。

2. 交流电源领域在交流电源领域，单相逆变电路常用于电网并网逆变器、光伏逆变器等设备中。

基于定频积分的逆变器并网控制1.1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。

1.2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。

1.3定频积分控制的一般理论f不变，而通过积分所谓定频积分控制是指保持电路工作的开关频率ST和关断时间器和D触发器来控制开关器件在每个周期内的导通时间onT。

图1-1所示为定频积分控制的一般原理图。

off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内，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。

图1-1 定频积分控制的工作原理图Fig.1-1 Schematic diagram of unified constant-frequency integration control假设开关运行开关频率为S S 1T f =，开关函数)(t k 为：⎩⎨⎧=01)(t k Soff on 0T t T T t <<<< (1-1) 式中on T 为开关导通时间，off T 为开关关断时间，S off on T T T =+。

计算机仿真实验报告一、实验名称：单相全桥电压型逆变电路MA TLAB仿真二、目的及要求1.了解并掌握单相全桥电压型逆变电路的工作原理；2.进一步熟悉MA TLAB中对Simulink的使用及构建模块；3.复习在Figure中显示图形的程序编写和对图形的修改。

三、实验原理1.电压型逆变器的原理图图1 电压逆变器的原理图当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u0为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u0为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电，u0的波形如图1（b）所示。

输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比，这样就实现了直流电到交流电的逆变。

2.电压型单相全桥逆变电路图2 电压型单相全桥逆变电路它有4个桥臂可以看成由两个半桥电路组合而成。

两对桥臂交替导通180°。

输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。

改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。

可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，成为移相调压。

各栅极信号为180°正偏，180°反偏，且T1和T2互补，T3和T4互补关系不变。

T3的基极信号只比T1落后q（0<q<180°），T3、T4的栅极信号分别比T2、T1的前移180°- q，u0成为正负各位q的脉冲，改变q即可调节输出电压有效值。

四、实验步骤及电路图1.建立MA TLAB仿真模型通过MA TLAB的Simulink模块建立单相电压型逆变电路的仿真模型，如下图3所示，图中因为用的是MA TLAB2011版本，所以在这个系统中添加了一个powergui模块保证系统的连续运行。

2.参数设置对于图3中的各模块，做如表1所示的参数设置（没有写出的为默认）。

模块名参数设置DC V oltage source Amplitude(V): 220*sqrt(2)Pulse Generator1 Pulse Generator4 Amplitude: 1Period(secs): 0.02Pulse Width(% of period): 50 Phase delay: 90*0.02/360Pulse Generator2 Pulse Generator3Amplitude: 1Period(secs): 0.02Pulse Width(% of period): 50Phase delay: (90+180)*0.02/360 图4 MATLAB仿真模型表1 参数设置00Series RLC Branch Resistance(Ohms): 5Inductance(H): 1Capacitance(F): infScope Number of axes: 5V ariable name: S3.程序设计为了在Figure中，显示仿真波形，我使用了M文件设计程序，如图5所示：五、实验结果1.纯电阻负载波形如图6所示：002.阻感负载波形（1）a=90°，波形如图7：（2）a=135°，波形如图8：图6 纯电阻负载波形图7 阻感负载波形（a=90°）（3）a=180°，波形如图9：图8 阻感负载波形（a=135°）图9 阻感负载波形（a=180°）六、实验心得由于之前已经完成了对三相桥式SPWM逆变电路的仿真，所以这次做单相全桥电压型逆变电路的仿真感觉要容易很多。

并网逆变器工作原理并网逆变器是太阳能发电系统中的重要组成部分，它的主要作用是将太阳能电池板所产生的直流电转换为交流电，并将其并入电网中。

那么，并网逆变器是如何实现这一功能的呢？接下来，我们将从并网逆变器的工作原理入手，为大家详细介绍。

首先，我们来了解一下并网逆变器的基本构成。

并网逆变器通常由直流输入端、电力部分和控制部分组成。

直流输入端接收太阳能电池板产生的直流电，电力部分通过电子元件将直流电转换为交流电，而控制部分则负责监测电网的状态，并确保逆变器的安全运行。

在并网逆变器的工作过程中，首先是直流输入端的工作。

太阳能电池板产生的直流电首先经过直流输入端进入逆变器，然后进入电力部分。

在电力部分，直流电通过一系列的电子元件，如晶体管、二极管等，经过一系列的变换和控制，最终被转换为符合电网要求的交流电。

在这个过程中，电力部分起着至关重要的作用，它需要精确地控制电流和电压的变换过程，以确保最终输出的交流电符合电网的标准。

而控制部分则负责监测电网的状态，并根据实际情况对逆变器进行调节。

当电网出现异常情况时，如电压波动、频率变化等，控制部分会及时发现并采取相应措施，以确保逆变器和电网的安全运行。

同时，控制部分还负责对逆变器的工作状态进行监测和调节，以保证逆变器在不同工作条件下都能够正常工作。

总的来说，并网逆变器的工作原理可以概括为，将太阳能电池板产生的直流电通过电力部分转换为交流电，并将其与电网进行并联。

在这一过程中，直流输入端、电力部分和控制部分各自发挥着重要的作用，共同保证了并网逆变器的正常运行。

通过以上介绍，相信大家对并网逆变器的工作原理有了更加清晰的认识。

并网逆变器作为太阳能发电系统中的关键设备，其工作原理的了解对于太阳能发电系统的建设和运行至关重要。

希望本文能够帮助大家更好地理解并网逆变器，并为太阳能发电系统的发展贡献一份力量。