光伏并网逆变器拓扑结构分析与性能比较

……………………. ………………. …………………山东农业大学毕业论文单相桥式光伏逆变器拓扑结构的比较与仿真装订线……………….……. …………. …………. ………院部机械与电子工程学院专业班级电气工程及其自动化3班届次20**届学生姓名张前进学号指导教师二О一五年六月一日二О一一年六月十日摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.2 光伏发电简介 (2)1.3 本文研究的主要内容 (3)2 逆变器及其分类 (3)2.1 逆变器简介 (3)2.2 逆变器的分类 (3)2.2.1 依据直流侧直流电源的性质 (3)2.2.2 根据输出交流电压的性质 (4)2.2.3 根据逆变主电路的结构 (4)2.2.4 根据开关器件及其关断方式的不同 (4)2.3 独立光伏逆变器 (4)2.4 并网光伏系统逆变器 (5)3 光伏并网逆变器的设计要求 (5)3.1 逆变原理 (6)3.2 隔离型光伏并网逆变器 (6)3.2.1 隔离型光伏并网逆变器的特点 (6)3.2.2 隔离型光伏逆变器的拓扑结构 (7)3.3 非隔离型光伏并网逆变器 (8)3.3.1 非隔离型光伏并网逆变器的优缺点 (8)3.3.2 非隔离型光伏并网逆变器的典型拓扑结构 (8)4 仿真分析 (9)5 总结与展望 (16)参考文献 (17)致谢 (18)Abstract (I)1 Introduction (1)1.1 Setback and meaning of the subject (1)1.2 Introductoin to Photovoltaic power generation (2)1.3 Main contents of this paper (3)2 Inverters and its classification (3)2.1 Introduction to inverters (3)2.2 Classication of inverters (3)2.2.1 By DC side direct current source (3)2.2.2 By the characters of AC side ................................. 错误！未定义书签。

光伏并网逆变器拓扑结构的研究刘　凯*　丁竹青　黄　勇　山东化工职业学院　潍坊　261108摘要　本文主要对光伏发电的核心部分——逆变器的拓扑结构进行介绍，在传统拓扑构造的基础上，分析几种新型的拓扑结构，对其工作原理进行理论分析，并通过仿真验证理论分析的合理性。

关键词　光伏并网　逆变器　拓扑结构　理论分析*刘　凯：讲师。

2013年毕业于中国石油大学（华东）动力工程及工程热物理专业获硕士学位。

现从事职业教育工作。

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太阳能作为一种新能源，已经广泛应用于人类社会生活中，其中太阳能发电技术比较成熟，运营成本较低，更是解决能源短缺和环境污染的有效途径之一。

光伏并网发电系统中，光伏并网逆变器作为发电系统的核心部分，将太阳能组件与电网进行了有效的连接，对电力系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。

1　传统电压逆变器光伏并网发电，是将光伏阵列产生的直流电转变为符合市电电网要求的工频交流电，并将其接入电网的过程。

逆变器则是可将直流电转换为交流电的电力变换设备，由于太阳能组件发出的是直流电，一般的负载多数为交流负载，因此，逆变器是太阳能发电技术中必不可少的一部分。

逆变器作为发电系统的重要组成，其太阳能发电的效率与逆变器的性能息息相关。

传统的光伏并网发电系统见图1，该系统是由太阳能组件、去耦大电容、传统逆变器、滤波电感部分和电网构成，其核心为传统电压源逆变器，通过驱动信号控制六个开关管的导通和关断而得到正弦规律变化的平均电压。

传统电压源逆变器结构简单，元器件少，但存在一些固有缺点：①由于直流侧并联大电容，相当于电压源，回路不允许短路，交流侧要求接感性负载或串接电感，以保证电压源逆变器可靠工作；②传统电压源型逆变器只可实现降压，其输出的交流电压低于直流母线上的电压，若希望得到较高的输出电压，需通过升压变换器将直流侧电压升高，从而满足电网电压的要求，增加升压变换器的发电系统可称为两级式并网发电系统，控制电路为级间控制，控制复杂，而且效率降低，成本较高；③逆变桥同一桥臂的上下两只开关管不允许同时导通，否则会工作在直通短路状态，为防止直通，需要加入死区时间，造成能量转换效率低，投入成本较高等。

作者简介：苏昆仑（1989-），男，硕士研究生，Email ：11121658@无变压器光伏并网系统拓扑仿真与特性比较苏昆仑1，谢桦2（北京交通大学 电气工程学院，北京市，海淀区 100044）摘要：对单相无隔离变压器光伏并网系统共模电流的产生机理进行简要分析，并对单相全桥拓扑的两种控制方式分别进行仿真。

同时对多种能够消除共模电流的单相无隔离变压器光伏并网系统的拓扑进行分析与仿真。

从拓扑器件数量、控制复杂程度、功率损耗、滤波效果、系统共模电流五个方面比较各种拓扑的优劣，最后，分析结果表明，H5拓扑结构最优，适合未来实际发展与推广。

关键词：共模电流；仿真；光伏并网；无隔离变压器；开关损耗 中文分类号：TM401; TM403 文献标识码：ASimulation Research and Features Comparison of Transformerless PV Inverters TopologySU Kun-lun ，XIE Hua（School of Electrical Engineering ，Beijing Jiao Tong University ，Beijing 100044，China ）Abstract: It is analyzed briefly the mechanism of common mode current generation for the single phase transformerless photovoltaic(PV) grid system and simulate for the two kinds of control methods of single phase full bridge topology. analyse and simulate for lots of transformerless single-phase PV inverter topologies and these topologies can eliminate the common mode current. They are compared in device number, control complexity, power loss, filtering effect, the common mode current. Finally, the analysis results show that H5 topology is optimal, suitable for the actual development and promotion .Key word ：common-mode current ；simulation ；photovoltaic grid-connected ；switching loss0引言随着分布式发电的日益发展，小功率单相逆变器有着广泛的市场，因此我们的研究对象是单相逆变器，传统的光伏并网逆变器通常是带有隔离变压器，起电气隔离作用。

三相光伏并网逆变器的研究一、本文概述随着全球能源结构的转型和可持续发展目标的推进，光伏发电作为清洁、可再生的能源形式，其重要性日益凸显。

三相光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其性能直接影响到光伏电能的转换效率和并网运行的稳定性。

因此，对三相光伏并网逆变器的研究具有重要的理论价值和现实意义。

本文旨在全面深入地研究三相光伏并网逆变器的关键技术、工作原理、控制策略以及并网性能优化等方面。

文章将介绍三相光伏并网逆变器的基本结构和功能，包括其主要组成部件和工作原理。

接着，将重点探讨三相光伏并网逆变器的控制策略，包括最大功率点跟踪（MPPT）技术、并网电流控制技术以及孤岛检测技术等。

文章还将分析三相光伏并网逆变器的并网性能优化方法，包括提高电能转换效率、降低谐波污染、增强并网稳定性等方面的研究。

通过本文的研究，旨在为三相光伏并网逆变器的设计、制造和应用提供理论支持和实践指导，推动光伏发电技术的进步和发展，为实现全球能源可持续发展做出贡献。

二、三相光伏并网逆变器的基本原理三相光伏并网逆变器是将光伏电池板产生的直流电能转换为符合电网要求的三相交流电能并直接馈送到电网的电力电子设备。

其基本原理涉及电能转换、功率控制、并网同步以及电能质量控制等多个方面。

光伏电池板在光照条件下产生直流电能，这个直流电压和电流随光照强度和环境温度的变化而变化。

三相光伏并网逆变器的主要任务是将这种不稳定的直流电能转换为稳定的三相交流电能。

在转换过程中，逆变器首先通过功率变换电路将直流电能转换为高频交流电能。

功率变换电路通常由多个开关管组成，通过控制开关管的通断，实现对直流电能的斩波和控制。

高频交流电能经过滤波电路滤波后，变为平滑的交流电能。

接着，逆变器通过并网控制电路实现与电网的同步，并将转换后的交流电能馈送到电网。

并网控制电路通过检测电网的电压和频率，控制逆变器的输出电压和频率与电网保持一致，从而实现并网。

三相光伏并网逆变器还具备电能质量控制功能。

业界技术发展趋势——逆变器拓扑结构发展趋势Simon.H1 光伏并网逆变器拓扑结构发展趋势在光伏并网发电系统中，逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备，其拓扑结构决定着整个系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素．由于光伏并网逆变器的结构拓扑种类众多、性能特点各异，其原理分析和性能比较，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．1.1 五种常见拓扑结构类型目前，市场上常见的逆变器拓扑结构按照频率及有无变压器分，可简单分为以下五种类型：（1）直接逆变型优点：没有工频变压器，重量轻，效率高（>97%），结构简单，成本低。

缺点：交、直流之间无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；MPPT直流输入电压，即太阳能电池板输出电压要大于350V，提高了系统的绝缘要求，容易出现漏电现象。

（2）工频隔离型优点：工频变压器隔离，安全性能良好；结构简单，可靠性高，抗冲击性能好；直流侧MPPT输入电压一般在200V~800V。

缺点：系统效率低，笨重。

（3）高频隔离型优点：高频电气隔离，重量轻，效率在93%左右。

缺点：由于高频隔离环节（DC-AC-DC）功率等级较小，此结构适合于5kW以下机型；EMC设计难度高；系统抗冲击性差。

（4）高频升压不隔离型优点：效率高，重量轻，太阳能电池直流输入范围宽（150V~500V）。

缺点：无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；EMC设计难度高。

（5）多MPPT单逆变型优点：效率高，重量轻，太阳能电池直流输入范围宽（150V~500V）；多路MPPT输入，适用于更多场合。

缺点：无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；EMC设计难度高。

1.2 逆变器厂家采用的拓扑结构从以上表格数据看，厂家为了提高效率和降低成本都普遍采用高频无隔离型拓扑结构，市场需求两比较大；受少数国家地区政策限制，还有少量的工频隔离型逆变器存在，市场需求量小；但是，兼顾了提高效率、降低成本和电气隔离的，部分厂家采用拓扑结构，只是产品还不够丰富，说明市场需求不大。

浅谈如何改进光伏并网逆变器的拓扑结构摘要：随着国家对可再生能源利用不断重视，光伏并网逆变技术受到了研究领域的高度关注，成为业内的重点研究方向。

究其原因，主要是在太阳光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中，高频并网逆变器所起到的作用不容忽视，属于太阳能光伏并网发电的重要技术，其技术特点包括直流输入范围宽、大功率跟踪功能、具有同步的输出电流相位和频率、支持孤岛检测保护等。

因此，对此项课题进行研究，具有十分重要的意义。

关键词：光伏并网逆变器；拓扑结构；发展1光伏逆变器的原理结构光伏并网逆变器，其核心构成为前级DC/DC变换器、后级DC/AC逆变器两大部分。

原理：利用高频变换技术，将低压直流电转换为高压直流电，经工频逆变电路获得220V交流电。

该结构的优势：电路简单、空载损耗低、输出功率高、失真度小。

DC/DC模块，是以SG3525芯片进行控制。

SG3525作为双端输出式SPWM脉宽调制芯片，利用驱动晶闸管门极可以控制晶闸管通断和输出波形。

作为并网逆变器中的核心模块，DC/AC模块对于控制要求十分严格。

本设计选取TI公司推出的TMS320F240主控芯片，能够对电网同步信号、调节IGBT门极驱动电路脉冲频率进行采集，利用软件锁相环控制技术来控制整个并网电流中的频率、相位。

滤波均为二阶带通滤波器，能够对有用频段信号进行传输，同时抑制或是衰减无用频段信号。

另外，滤除逆变后引起的高频干扰波形，确保电压波形在逆变后符合并网要求。

2光伏并网逆变器拓扑方案作为并网发电系统电能变换的关键部位，并网逆变器的电路拓扑比较多。

结合直流侧电源不同的性质，我们将其分类：①电压型逆变器、②电流型逆变器。

后者，其直流侧输入为电流源，需提供相对平稳的直流电流。

不过，大电感可能会降低系统响应。

所以，大多数并网逆变器都是选择电压源输入的电压型逆变器。

结合输入端、输出端是否隔离，我们将逆变器划分成隔离型和非隔离型。

前者，多数是利用变压器进行隔离，分成高频、工频变压器型两类。

无变压器型光伏并网逆变器拓扑结构的研究摘 要：本文首先通过单相无变压器型拓扑结构的研究，对无变压器型光伏并网系统的共模电流的产生机理进行了详细的分析。

然后用不同的控制方法分析了单相无变压器型全桥拓扑结构的共模电流，并对一种新的拓扑结构进行了分析和仿真研究；接着介绍了几种不同的三相无变压器型拓扑结构，并做了简单的分析和仿真；最后对单相和三相拓扑结构的不同进行了分析比较。

关键词：单相和三相无变压器型拓扑结构；光伏并网逆变器；共模电流No transformer-type photovoltaic inverter topologyAbstract: Firstly, no single-phase transformer type of topology, on the non-transformer type photovoltaic systemcommon-mode currents generated a detailed analysis of the mechanism. Then use different methods of single-phase full-bridge non-transformer type topology of the common mode current, and a new topology is analyzed and simulation studies; then introduced a number of different three phase transformer topology structure, and do a simple analysis and simulation.Finally, single-phase and three phase topologies are analyzed and compared the difference.Key words: Single-phase and three phase transformer topology; PV Inverter; Common mode current1．引言在光伏并网系统中一般会采用带变压器型的光伏并网逆变器。

第五章光伏并网逆变器的电路拓扑5.1 光伏并网逆变器的分类5.2 隔离型光伏并网逆变器5.3 非隔离型光伏并网逆变器5.4 多支路光伏并网逆变器5.5 微型光伏并网逆变器第五章光伏并网逆变器的电路拓扑光伏并网逆变器将太阳能电池输出的直流电转换成符合电网要求的交流电再输入电网，是光伏并网系统能量转换与控制的核心。

光伏并网逆变器的性能影响和决定整个光伏系统是否能够稳定、安全、可靠、高效地运行，同时也是影响整个系统使用寿命的主要因素。

本章将对光伏并网逆变器进行分类讨论。

5.1 光伏并网逆变器的分类根据光伏并网逆变器与电网的连接有无隔离变压器，可将光伏并网逆变器分为隔离型和非隔离型两大类，详细分类如图5-1所示。

图5-1 光伏并网逆变器分类5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构工频隔离型特点：主电路和控制电路相对简单，光伏阵列直流输入电压的匹配范围较大，可有效防止电网电流通过桥臂与人体在直流侧形成回路造成的人体伤害事故，保证系统不会向电网注入直流分量，有效的防止了配电变压器的饱和。

但体积大、质量重，增加了系统损耗及成本。

5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.1 隔离型光伏并网逆变器结构高频隔离型特点：相比工频隔离型，具有较小的体积和质量，克服了工频隔离型的主要缺点。

图5-3 高频隔离型光伏并网逆变器结构a) DC/DC变换型 b) 周波变换型5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构与隔离型相比，省去了笨重的隔离变压器，体统结构简单、质量变轻、成本降低并提高了效率，将成为今后主要的光伏并网逆变器结构。

包括单级非隔离型和多级非隔离型。

图5-4 非隔离型光伏并网逆变器结构5.1 光伏并网逆变器的分类5.1.2 非隔离型光伏并网逆变器结构非隔离型的光伏并网系统中，光伏阵列与电网电压直接连接。

大面积的光伏阵列与大地之间存在较大的分布电容，因此会产生光伏阵列对地的共模漏电流。

无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的持续增长，光伏发电技术因其清洁、可再生、无污染的特性，受到了广泛关注。

光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其性能直接影响到整个系统的运行效率和电能质量。

传统的光伏并网逆变器通常采用变压器结构，虽然这种结构在一定程度上能够实现电气隔离和电压匹配，但也存在体积大、成本高、效率低等问题。

因此，研究无变压器结构的光伏并网逆变器拓扑及其控制策略，对于提高光伏系统的整体性能、降低成本、推动光伏发电技术的广泛应用具有重要意义。

本文首先介绍了光伏发电系统的基本原理和并网逆变器的功能要求，阐述了无变压器结构光伏并网逆变器的研究背景和必要性。

随后，文章详细介绍了无变压器结构光伏并网逆变器的拓扑结构，包括其基本原理、电路构成以及与传统变压器结构逆变器的区别。

在此基础上，文章重点研究了无变压器结构光伏并网逆变器的控制策略，包括最大功率点跟踪控制、并网电流控制、孤岛效应检测与保护等方面。

通过理论分析和仿真实验，验证了所提控制策略的有效性和优越性。

文章对无变压器结构光伏并网逆变器的应用前景进行了展望，并指出了进一步研究的方向和可能的挑战。

本文的研究成果将为光伏发电技术的发展提供新的思路和方法，有助于推动可再生能源技术的快速发展和应用。

二、无变压器结构光伏并网逆变器拓扑随着可再生能源的日益普及，光伏（PV）技术已成为一种重要的清洁能源解决方案。

光伏并网逆变器是光伏系统的核心组成部分，其设计对于提高系统的效率和可靠性至关重要。

传统的光伏并网逆变器通常采用变压器结构，但近年来，无变压器结构的光伏并网逆变器因其高效率、低成本和紧凑的设计而受到了广泛关注。

无变压器结构光伏并网逆变器拓扑主要基于直接功率转换技术，省去了传统的工频变压器，从而降低了系统的体积和重量。

这种拓扑结构的关键在于使用高效的电力电子开关器件和先进的控制策略，实现直流（DC）到交流（AC）的直接转换。

光伏微型逆变器拓扑结构研究与分析摘要：为了更好地促进光伏发电作业的顺利开展，本文介绍了微型逆变器设计要素，阐述光伏电池技术参数，研究光伏微型逆变器拓扑结构，包括集中式结构、交流模块式结构、串型结构、多支路结构、主从结构等，对促进我国光伏事业的发展提供了新的思路与方向。

关键词：光伏微型逆变器；拓扑结构；集中式结构；变换器太阳能资源是我国清洁能源开发的重要类型之一，具有清洁、无污染、可持续利用的运用优势，在建筑领域及其他领域中被广泛运用，在太阳能光伏发电中，发电系统的研究是硬件设施开发的重要内容之一，光伏微型逆变器拓扑结构是当前太阳能光伏发电系统中的常见结构，能够促进太阳能资源的开发与运用，增强太阳能使用效率。

1.微型逆变器设计要素太阳能电池组件配备微型逆变器,目的在于提升系统转换效率。

微型逆变器拓扑结构在故障处理层面具有一定的运用优势。

运行中即使某一逆变器出现故障，并不会影响能量转换。

微型逆变器设计要求保证较高的变换效率。

网逆变器变换效率与发电系统运行效率之间有着紧密的联系。

微型逆变器与太阳能电池组件集成，工作中处于室外的运行环境，要求微型逆变器可靠性符合要求。

太阳能电池组件寿命与太阳能电池组件寿命一致。

微型逆变器与太阳能电池组件集成，要求检测体积尽量小。

并联太阳能电池组件过程中要求进行负载平衡控制。

为此利用高速片ADC采样电压与电流。

光伏逆变器MCU中具有双片上振荡器，有利于促进故障检测。

优化太阳能电池组件安装作业。

优化转换、系统监控与能量存储，保证系统整体运行性能[1]。

2.光伏微型逆变器技术参数光伏微型逆变器拓扑结构设计与选择过程中，要求与具体的运行参数相结合，灵活选择最为适宜的运行结构。

当前运用较为常见的结构类型有Flyback变换器拓扑结构，操作过程中具有较强的可靠性，保证逆变器开关频率适宜，并与体积控制相结合，促进两者之间达到良好的平衡。

利用微型逆变器拓扑能够将太阳能电池组件级效率30％。

变压器拓扑电网连接的单相光伏逆变器Iván Patrao∗, Emilio Figueres, Fran González-Espín, Gabriel GarceráGrupo de SistemasElectrónicosIndustriales del Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain文章信息文章历史：收到于2011年1月12日接受于2011年3月21日关键词：多电平逆变、无变压器逆变器、光伏逆变器、可再生能源摘要为了提高效率，降低光伏系统的成本，使用的变压器光伏逆变器是一种越来越大的替代趋势。

然而，这种拓扑结构需要进一步研究，因为它提出了一些问题，有关电网和光伏发电机（如效率退化和安全问题）之间的电连接。

在本文中，着重介绍单相光伏风力发电并网逆变器，它基于已经推行的无变压拓扑结构。

一方面，它是替代经典拓扑结构的基础上提出的。

另一方面，研究显示，基于多层逆变器拓扑结构和经典的拓扑结构相比，没有漏电流产生。

2011爱思唯尔出版社有限公司版权所有目录1.前言 (3423)2.共模电压问题 (3424)3.桥拓扑功率变换器 (3425)3.1.全H桥 (3425)3.2.半H桥 (3425)3.3.高效可靠的逆变器的概念(HERIC) (3426)3.4.H5的拓扑 (3426)3.5.带发电控制电路的半H桥(GCC) (3426)4.基于多级拓扑的逆变器 (3427)4.1.级联H桥(CHB) (3427)4.2.中点钳位(NPC)半桥 (3427)4.3.飞电容(FC) (3428)4.4.电容分压器NPC半桥 (3428)4.5.ConergyNPC (3428)4.6.有源NPC(ANPC) (3429)5. 无变压光伏逆变器基本特性 (3429)6. 结论 (3429)鸣谢 (3430)参考文献 (3430)1.前言可再生能源，特别是那些光电源[1]，由于对全球变暖的日益关注和政府对这些技术的扶持资助，近年来已经初步取得了很大的发展[2,3]。

第12期2023年6月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.12June,2023作者简介:袁朋生(1971 ),男,湖南长沙人,工程师,博士;研究方向:电力系统自动化㊂光伏并网逆变器中锁相环的比较研究袁朋生(江苏广识电气有限公司,江苏徐州221000)摘要:可再生能源发电的背景下,光伏太阳能将成为世界上最大的清洁能源来源之一㊂要将光伏系统产生的电能连接到电网,要求输出电压在振幅㊁相位和频率上与电网同步㊂其中,正是锁相环负责系统的同步工作㊂文章比较了同步参考系锁相环㊁二阶广义积分器锁相环㊁增强型锁相环和正交锁相环4种锁相环结构,并对各锁相环结构的谐波抑制能力进行了评估㊂关键词:SRF -PLL ;SOGI -PLL ;EPLL ;QPLL 中图分类号:TM464㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀光伏系统产生的电能可以以两种方式使用,连接电网或不连接电网㊂第一种是将光伏系统通过逆变器接入电网㊂它们可以以单㊁双或三相形式接入,如太阳能发电场㊂第二种形式用于偏远山区等,直接使用太阳能发电板产生的电能[1]㊂在第一种方式中,一种称为锁相环(Phase -Locked Loop,PLL)的控制系统被广泛用于确保光伏系统产生的输出信号与电网的同步,即振幅㊁相位和频率相同㊂几种基于锁相环的拓扑实现了这一功能,例如同步参考系锁相环(Synchronous Reference Frame PLL,SRF -PLL)㊁二阶广义积分器锁相环(Second -Order Generalized Integrator PLL,SOGI -PLL)㊁增强锁相环(EnhancedPLL,EPLL)和正交锁相环(Quadrature PLL,QPLL)㊂1㊀锁相环的结构和原理对比㊀㊀三相锁相环结构一般有3个主要模块,一个鉴相器(PD),一个环路滤波器(LF)或称为控制器以及一个压控振荡器(VCO),如图1所示㊂图1㊀三相锁相环基本结构首先在PD 阶段,输入信号与VCO 输出信号进行比较,产生误差信号㊂其次,低通滤波器去除信号㊁噪声和干扰㊂最后,利用输入参考信号的特性,由压控振荡器生成正弦信号㊂锁相环拓扑结构之间的区别主要在于PD 块结构㊂本文研究了SRF -PLL,SOGI -PLL,EPLL 和QPLL 4种结构㊂1.1㊀SRF -PLL ㊀㊀SRF -PLL 结构也被称为直接四方锁相环(DQPLL),如图2所示,由于其结构简单具有较强的鲁棒性,是信号同步最常用的拓扑结构之一[2]㊂其原理是利用Park 变换将输入的三相信号转换为dq 轴上的两个分量v d 和v q ㊂由压控振荡器产生的信号反馈调节变换的角度位置㊂v q 分量输入的低通滤波器的是一个比例积分(PI)控制器,确保相位跳变和频率变化的相位误差为零㊂当输入电压经过滤波和平衡后,SRF -PLL 可以实现高带宽和快速动态响应㊂当输入不平衡或失真时,有必要减小带宽以提高抑制干扰的能力㊂图2㊀SRF -PLL 拓扑结构1.2㊀SOGI -PLL㊀㊀SOGI -PLL 也是一种广泛用于与电网连接的系统同步的拓扑结构,如图3所示㊂将输入信号转换为v '和qv '的两个信号,其中第一个分量v '与输入信号v 同相位,第二个分量滞后于图3㊀SOGI -PLL 拓扑结构v '90ʎ,传递函数可以写成:H d (s )=vᶄv =Kωs 2+Kωs +ω2H q (s )=qvᶄv =Kωs s 2+Kωs +ω2(1)其中,K 为调节系统过滤容量的参数㊂K 值越小,过滤器的带宽越窄,然而,它使动态响应变慢[3]㊂在三相系统中,2个SOGI 块可以组成1个对偶结构,双SOGI (DSOGI)结构提供了三相信号的正序列㊂Park 变换将输入的三相信号转换为两个dq 轴分量㊂每个分量进入一个SOGI 块,它将输入信号转换为相差90ʎ的其他两个分量,如将v α转化为v 'α和qv 'α,将v β转化为v 'β和qv 'β㊂为了使输出信号具有正序列,需要执行式(2)中描述的操作㊂v +αβ=121-q q1éëêêùûúúv αv βéëêêùûúú(2)然后,利用Clarke 变换将新的α和β分量转换为dq 分量㊂下面的结构LF 和VCO 与其他锁相环拓扑相同㊂1.3㊀EPLL ㊀㊀EPLL 是一种改进PD 级性能的拓扑结构,如图4所示㊂与传统模型不同的是,除了估计相位和频率外,EPLL 已经在其控制回路中提供了信号幅度信息㊂该结构提供输入信号的幅度和输入信号的滤波版本,并消除波纹[4]㊂图4㊀EPLL 拓扑结构EPLL 的工作原理是鉴相环节相当于输入滤波器㊂式(3)中给出的一组方程,给出了频率ω(t )㊁相位角θ(t )㊁振幅A (t )㊁基本分量y (t )和误差信号e(t )㊂θ㊃(t )=ω(t )=ωref +Δω(t )A ㊃(t )=K ㊃e (t )㊃sin(θ(t ))y (t )=A (t )㊃sin(θ(t ))e (t )=v in (t )-y (t )(3)其中,K 为幅值收敛速度㊂对于三相系统,每个相都使用一个单相EPLL㊂1.4㊀QPLL㊀㊀QPLL 是一种估计输入信号相位和频率的方法,也估计相位幅值和正交幅值㊂由于相位检测过程避免了对误差信号的非线性依赖,QPLL 提供了优于常规锁相环的性能㊂QPLL 具有高鲁棒性的结构,并且其性能不受噪声和失真的影响,如图5所示㊂图5㊀QPLL 拓扑结构QPLL 能够跟随宽和突然的频率变化与高速可控㊂公式(4)中给出了正交振幅K s (t )和K c (t ),频率变化量Δω(t ),相位角θ(t ),基本分量y (t ),误差信号e (t )㊂K ㊃s (t )=2μs ㊃e (t )㊃sin(θ(t ))K ㊃c (t )=2μc ㊃e (t )㊃cos(θ(t ))θ㊃(t )=ω(t )=ωref +Δω(t )y (t )=k s ㊃sin(θ(t ))+k c ㊃cos(θ(t ))e (t )=v in (t )-y (t )(4)PD 级考虑输出幅值为同相幅值和正交幅值之和y (t ),误差信号为输入信号与输出信号幅值之差e (t )㊂误差信号用于估计相位和正交振幅,也用于估计信号相位㊂此外,利用相位角的导数来估计频率㊂QPLL 由以下内部参数控制:μs ,μc 控制同相和正交振幅收敛㊂对于三相系统,每个相使用一个单相QPLL㊂2㊀不同锁相环对谐波抑制能力的研究㊀㊀本文采用Ziegler -Nichols (ZN)㊁Chien -Hrones -Reswick (CHR)和时间加权绝对误差积分(ITAE)3种常用方法对4种三相锁相环拓扑结构进行了比较分析㊂仿真采用MATLAB 计算环境,固定步长为1e-4,谐波滤波测试输入电压有3,5,7阶谐波,幅值均为0.09V,总失真谐波(THD)为12.72%㊂各拓扑输出处的谐波失真率如表1所示㊂SRF-PLL和SOGI-PLL对这3种调优方法给出了相同的结果㊂CHR方法在EPLL和QPLL拓扑中表现出较好的性能㊂笔者观察到EPLL和QPLL拓扑具有较高的滤波能力㊂双SOGI-PLL在拓扑结构中有外部滤波,并在谐波水平上有相当大的降低,大约减半㊂然而,SRF-PLL的性能最差,因为所选择的经典拓扑结构不具有滤波能力,因此需要包括一个外部滤波器来清洗输出信号㊂值得注意的是,谐波出现在abc/dq0变换的零分量中㊂表1㊀滤波能力锁相环方法THD输入/%THD输出/%SRF-PLL ZNCHRITAE12.7212.7212.7212.7212.7212.72SOGI-PLL ZNCHRITAE12.7212.7212.726.366.366.36EPLL ZNCHRITAE12.7212.7212.720.680.421.12QPLL ZNCHRITAE12.7212.7212.723.741.923.383　结语㊀㊀本文先对4种锁相环的原理结构进行了对比分析,总结了4种锁相环的特点,然后使用3种著名的调优控制方法对4种锁相环的滤波能力进行了比较,以验证哪一种控制方法和锁相环结构具有更好的性能㊂SRF-PLL结构简单,鲁棒性强,能够实现高带宽和快速动态响应,然而这种拓扑结构不能滤除谐波㊂SOGI-PLL能够在电网不平衡时分离电网电压正㊁负序分量,同时实现频率跟踪,这种拓扑结构将系统输出中的谐波电平大约降低了一半㊂QPLL具有高鲁棒性的结构,并且其性能不受噪声和失真的影响,该拓扑结构显示出很强的过滤谐波的能力,使谐波率低于5%㊂EPLL结构提能供输入信号的幅度和输入信号的滤波版本,并消除波纹,被证明是滤波谐波的最佳结构㊂参考文献[1]王松.太阳能光伏发电与并网技术的应用[J].电子技术,2022(4):204-205.[2]薛慧杰,文晓燕,王晓辉,等.基于改进SRF-PLL 的微网电压同步技术研究[J].太阳能学报,2017 (9):2412-2417.[3]荆世博,辛超山,薛静杰,等.基于二阶带通滤波器的单相锁相环技术研究[J].四川电力技术,2021 (2):54-57,69.[4]何来沛,郑寿森,祁新梅,等.增强型锁相环的启动优化和相频解耦改进算法[J].中山大学学报(自然科学版),2020(4):64-73.(编辑㊀王雪芬)Comparative study of phase locked loop in photovoltaic grid-connected invertersYuan PengshengJiangsu Guangshi Electric Co. Ltd. Xuzhou221000 ChinaAbstract In the context of renewable energy generation photovoltaic solar energy will become one of the largest sources of clean energy in the world.Connecting the electricity generated by a photovoltaic system to the grid requires that the output voltage be synchronized with the grid in amplitude phase and frequency.The Phase-Locked Loop PLL is responsible for synchronizing the system.This paper compares Synchronous Reference Frame PLL SRF-PLL with Second-Order Generalized Integrator PLL SOGI-PLL Enhanced PLL EPLL and Quadrature PLL QPLL were evaluated for their harmonic suppression capabilities.Key words SRF-PLL SOGI-PLL EPLL QPLL。

光伏并网逆变器的主电路拓扑光伏并网逆变器的主电路拓扑摘要：光伏并网逆变器是光伏发电系统的核心设备，其主电路拓扑与变换效率和安全性等主要指标密切相关。

本文讨论了光伏并网逆变器主电路拓扑的分类，重点介绍了作者所在实验室使用的三种拓扑。

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，多用于偏远的电网未到达地区的局部供电，易受到诸如时间和季节的影响。

独立系统结构图如图1所示。

其中，PV表示由光伏电池组成的光伏组件或光伏组件阵列。

光伏并网发电系统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2所示。

其中，us表示电网电压。

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并网逆变器，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作用。

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。

2 光伏并网逆变器主电路拓分类并网逆变器的电路拓扑很多。

根据直流侧电源性质的不同可分为电压型逆变器和电流型逆变器，结构如图3。

当前，光伏并网逆变器主要采用直流侧以电压源形式的电压型逆变器。

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。

隔离型逆变器又可分为高频变压器型和工频变压器型[4]。

工频变压器隔离型逆变器的变压器置于逆变器与电网之间，如图4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，减小对电网的污染，并提高系统的安全性。

但是工频变压器会使系统成本明显升高。

高频变压器隔离型逆变器采用两级或多级变换，图5是一个例子。

探析大型光伏电站内网拓扑结构比较张媛发表时间：2018-03-13T10:15:45.923Z 来源：《电力设备》2017年第29期作者：张媛刘皓[导读] 摘要：为迎接光伏电站平价上网的挑战，降低光伏发电的度电成本，提高光伏发电的经济性,光伏电站需要从提高能效和降低成本两方面着手。

（南京国电南自电网自动化有限公司江苏南京 211153）摘要：为迎接光伏电站平价上网的挑战，降低光伏发电的度电成本，提高光伏发电的经济性,光伏电站需要从提高能效和降低成本两方面着手。

其中光伏电站不同的拓扑结构会影响电站能效和电站造价水平。

参考实际运行的光伏电站案例以及设备的研究进展，从技术性能和经济性 2 方面对 4 种不同拓扑结构进行定量的比较分析。

此外，文章着重研究了DC-DC 变换器成本变化对系统度电成本(levelized costof energy，LCOE)的影响。

研究结果表明，系统效率高的拓扑结构，并不一定是最经济的解决方案。

各种拓扑结构选择要根据具体应用场景综合分析。

研究结果对大型光伏电站设计有一定的参考意义。

关键词：直流变换器；模块化多电平变流器；最大功率追踪；度电成本；系统效率1 光伏电站拓扑结构介绍大型地面光伏电站存在多种形式，主要分为交流集中式、交流集散式、全直流级联式和全直流并联式 4 种。

其中交流集中式应用最广泛，主要组网模式有典型 1MW 单元、典型 1260k W 单元等，随着逆变器技术的发展，2MW 或 2.5MW 也正在得到逐步应用。

而全直流系统尚处在概念阶段，还未有实际工程投运。

1.1 传统交流集中式系统目前，大多数投运和在建的光伏发电系统都采用交流站网的结构，如图 1 所示。

以 1MW 为一个基本单元，组件通过汇流箱汇集到集中式逆变器，然后通过箱变升压至 35k V 接入到外送线路。

每个子系统10 个单元，每个单元约1MW，总计10MW。

这种结构的优点是设计简单，可靠性高，所需设备成熟，供货快，为快速施工提供了便利。