三相单级式光伏并网型逆变器的研制

三相光伏并网逆变器的研制及SVPWM算法的实现的开题报告一、选题背景随着我国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，对能源的需求也越来越大，但传统的能源供应方式已经不能满足我们的需求了。

而太阳能发电作为一种绿色、可再生能源，其在实际应用中具有广泛的应用前景。

然而，由于太阳能发电存在着天气变化和能量产生的不稳定性等因素的影响，使得太阳能电站的局限性很大，因此需要对其进行优化改进。

在太阳能电站中，光伏并网逆变器是其最核心的部件之一，其作用是将太阳能电池转换并输出为交流电，并将其与电网进行并联，从而实现电能的输送。

因此，研究开发高质量的光伏并网逆变器技术已经变得非常重要。

二、研究内容本研究的主要内容是设计并实现一种三相光伏并网逆变器，并采用控制策略进行优化控制。

同时，使用SVPWM算法对开关器件进行控制，从而提高逆变器的效率和准确性。

具体研究内容如下：1. 三相光伏并网逆变器的硬件设计：包括设计电路图、选取器件等。

2. 控制策略的设计与实现：本研究将采用基于模型预测控制（MPC）的方法进行逆变器的控制。

该方法具有控制响应快、控制精度高、鲁棒性强等优点。

3. SVPWM算法的设计与实现：SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种新型的PWM控制技术。

本研究将采用该技术对开关器件进行控制，以提高逆变器的效率和准确性。

三、研究意义本研究的意义在于：首先，通过设计并实现一种高质量的光伏并网逆变器，能够提高太阳能电站的发电效率和输出能力，从而实现对现有能源的有效替代。

其次，采用基于模型预测控制（MPC）的控制策略和SVPWM算法能够提高逆变器的控制精度和效率，从而提高了逆变器的性能表现。

最后，本研究对于促进我国光伏产业的发展具有重要的意义。

四、研究方法本研究的研究方法主要分为以下几个步骤：1. 研究三相光伏并网逆变器的工作原理和电路设计原理，深入了解光伏并网逆变器的组成结构和工作特点。

目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国外的研究现状 (2)1.2.2 国内的研究现状 (2)1.3 光伏并网逆变器的发展趋势 (3)1.4主要研究内容 (3)2 光伏逆变器主电路的设计与工作原理 (4)2.1 光伏逆变器的基本结构 (4)2.2 逆变器的拓扑分类 (4)2.3 系统工作原理 (5)2.3.1 前级Boost升压电路的工作原理 (5)2.3.2 后级单相全桥逆变器的工作原理 (7)2.4 本章小结 (7)3 光伏阵列的最大功率点跟踪 (8)3.1 光伏阵列的输出特性 (8)3.1.1 光伏电池简介 (8)3.1.2 光伏电池的工作原理 (8)3.1.3 光伏电池的物理模型 (11)3.1.4 光伏电池的输出功率 (12)3.1.5 光伏阵列的温度特性和光电特性 (13)3.2 最大功率点跟踪法的比较与分析 (14)3.2.1 电导增量法 (15)3.2.2 干扰观测法 (17)3.2.3 固定电压跟踪法 (18)3.2.4 其他MPPT方法 (21)3.3 本章小结 (22)4 三相并网逆变器的控制策略 (22)4.1 并网逆变器的控制目标 (22)4.2 并网逆变器的原理 (23)4.3 并网逆变器控制策略的比较 (23)4.4 电流跟踪控制方式的比较 (24)4.4.1 电流滞环瞬时比较方式 (24)4.4.2 三角波比较方式的电流跟踪方式 (24)4.4.3 SVPWM电流控制方式 (25)4.5 SVPWM控制原理 (25)4.5.1 SVPWM的特点 (25)4.5.2 SVPWM的原理 (26)4.6 SVPWM的实现 (27)4.6.1 参考电压所在扇区的判断 (27)4.6.2 各个扇区开关持续时间的计算 (29)4.7 SVPWM控制的实现 (29)4.8 本章小结 (30)5 光伏并网逆变器的仿真 (30)5.1 恒定电压法MPPT跟踪的仿真实现 (31)5.1.1 固定电压法MPPT跟踪的仿真方法 (31)5.1.2 固定电压法MPPT仿真 (31)5.1.3 固定电压法MPPT仿真结果分析 (32)5.2 SVPWM控制的仿真 (33)5.2.1 SVPWM控制仿真方法 (33)5.2.2 SVPWM控制仿真电路 (34)5.2.3 SVPWM控制仿真结构分析 (35)5.3 本章小结 (36)6 结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 绪论1.1 课题背景随着煤炭、石油等现有化石能源的频频告急和大量使用化石能源对生态环境造成严重的破坏，人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。

TECHNOLOGY AND INFORMATION88 科学与信息化2023年6月下光伏发电三相并网逆变器的设计曾庆龙 常虎国网淮南市潘集区供电公司 安徽 淮南 232082摘 要 目前，在光伏发电行业中，并网逆变器的研究主要集中在硬件开发、电路控制算法等方面。

基于对近几年来的发展情况的搜集与研究,本文对电路控制算法和Matlab仿真进行深入探讨。

设计中的三相光伏并网逆变器主要由DC-DC直流变换电路和并网逆变电路构成。

前部分的DC-DC电路为多支路并联，各支路独立进行最大功率跟踪，满足了直流电压宽输入的要求，可用于各种各样的光伏产业系统；后部分的并网逆变电路采用SVPWM矢量控制进行逆变，提高电压利用率，减少电网的输入谐波。

本文在分析了三相光伏逆变器原理的基础上，利用Matlab进行仿真，观察整个系统的可行性及不同变量对输出电压的影响。

关键词 光伏发电；并网逆变器；最大功率点跟踪；SVPWMDesign of a Three-Phase Grid-Connected Inverter for Photovoltaic Power Generation Zeng Qing-long, Chang HuState Grid Huainan City Panji District Power Supply Company, Huainan 232082, Anhui Province, ChinaAbstract In the photovoltaic power generation industry, the current research on grid-connected inverters is mainly focused on hardware development and circuit control algorithms. Based on the collection and study of the developments in recent years, this paper provides an in-depth discussion of circuit control algorithms and Matlab simulation. The three-phase photovoltaic grid-connected inverter in the design mainly consists of a DC-DC direct current converter circuit and a grid-connected inverter circuit. The DC-DC circuit in the front part is a multi-branch parallel connection with each branch independently for maximum power tracking, which meets the requirement of wide input of direct current voltage and can be used in various photovoltaic industry systems; The grid-connected inverter circuit in the rear part is inverted using SVPWM vector control to improve voltage utilization rate and reduce input harmonics to the grid. In this paper, based on the analysis of the three-phase photovoltaic inverter principle, Matlab is used for simulation to observe the feasibility of the whole system and the effect of different variables on the output voltage.Key words photovoltaic power generation; grid-connected inverter; maximum power point tracking; SVPWM引言目前我国已初步建立起一套比较完善的太阳能与风能的协同与互补工作系统，而对于光伏并网逆变系统的控制试验则缺乏深入的探讨[1-2]。

三相单级式并网光伏逆变器的研究
三相单级式并网光伏逆变器的研究
人类社会随着时代发展和进步,环境污染问题日益严重,并且不可再生能源的储量日益减少,新能源开发及利用越来越受到了人们的重视,现代新能源开发进入崭新的时代,光伏并网逆变器正向着高度集成化、控制方法有效精准等方面的方向发展。

控制方法成为逆变器技术核心之一,控制技术关系到光伏逆变输出电能质量,据此,本文以三相并网光伏逆变器作为研究对象研究其控制方法,主要内容如下:我们现就当前的能源形势说明了逆变器的研究背景以及光伏发电的进程和开发意义,并阐述了世界光伏逆变器控制技术的发展现状。

针对三相单级式光伏并网逆变器的工作原理,给出了L型和LCL型数学模型及各自的特点,并做了简要分析,为控制策略选择做理论基础。

文章的第二部分是在建立并网逆变器数学模型并阐述其工作原理的基础上,选择单级式为研究对象,对LCL解耦方法较困难的情况来说,本文在LCL逆变器引入了比例谐振控制器,对L型而言,分析了滞环控制和基于SVPWM的L型滤波器的控制方法。

最后进行了实验验证SVPWM控制可以实现无静差跟踪效果,能够满足系统设计的要求。

基于上述分析,随后给出了三相并网光伏逆变器硬件电路设计与实现,包括主功率元器件的选型,IGBT损耗计算、电感电容设计,最后整定了元件的参数。

设计出相应的电路结构并研究了三相光伏逆变器实验结果及其分析,对L型的逆变器SVPWM控制,以及在LCL型逆变电路引入了比例谐振控制器,最后给出了其仿真波形,分析得出结果验证其有效性。

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％。

一、 课题研究背景和意义目前，世界能源结构中，人类主要利用的是化石能源，其中石油、天然气、煤炭的消费构成分别为41%、23%和27%。

而根据国际能源机构预测，全世界煤炭只能用220年，油气开采峰值位于2012年，并将在30—60年后消耗殆尽。

据估计我国的煤只可供开采80年，天然气可供开采30年，石油可供开采20年[1]。

开发新能源成为人类在21世纪面临的紧要问题。

太阳能光伏发电二十一世纪理想的新能源之一。

同有限的化石燃料能源相比，太阳辐射能预计在100亿年里可保持近似恒定输出，堪称无限的能源。

根据测算，1年内到达地球表面的太阳能总量是目前世界已探明储量能源的一万多倍。

我国是太阳能资源较为丰富的国家之一，全国国土面积2/3以上的地区每年日照时间超过2000小时，具有发展利用太阳能得天独厚的优势[2]。

光伏发电作为太阳能利用的一种有效方式，它具有如下优点：无噪声无污染、能量随处可得且取之不尽、不受地域限制、可以无人值守、建设周期短、规模设计自由度大，这些优点都是常规发电和其他发电方式所不能比拟的[3] [4]。

我国对光伏发电技术的研究和开发应用尚属起步阶段，当前主要用于解决偏远无电地区的生活用电问题。

我国“十五”规划中实施的“光明工程”计划中，光伏发电主要用于解决日照条件较好但缺乏燃料的偏远地区，如西藏、新疆、甘肃等省的生活用电问题[5]。

据报道，在我国边疆、沙漠、草原（即荒漠地区）建设光伏电站的计划早已启动，此项计划若完成，可在2010年前提供我国西北地区人均100W的电能，满足2300万人口生活用电的需求[6]。

随着光伏产业的发展，光伏发电正逐步向城市并网发电、光伏建筑集成方向快速发展，在未来10-20年内，将出现越来越多的光伏并网发电系统[7-9]。

2009年7月，财政部、科技部、国家能源局联合下发《关于实施金太阳示范工程的通知》，同时还出台了《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》。

国家专门出台相关政策扶助光伏发电产业的发展，为我国的光伏发电的发展铺平了道路。

2006年 1 月电工技术学报Vol.21 No.1 第21卷第1期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jan. 2006具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统吴理博赵争鸣刘建政王健袁立强（清华大学电机工程与应用电子技术系北京 100084）摘要随着光伏发电技术的推广应用，具有无功补偿功能的光伏并网系统对于减轻电网负担、改善供电质量具有重要意义。

本文提出了一种具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统。

该系统实时检测太阳能电池输出电压和电流、电网电压和负载电流，在实现太阳能电池最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)的同时，还能够实时补偿本地负载的无功电流。

由于采用了改进的干扰观测法，MPPT算法的稳定性得到了改善；在逆变控制中应用了单周期控制（One-Cycle Control, OCC）PWM算法，从而提高了控制精度，减小了输出电流的纹波含量。

文中给出了仿真和实验结果，验证了设计的合理性。

关键词：太阳能光伏并网无功补偿中图分类号：TM615Implementation of a Single-Stage Three-Phase Grid-Connected Photovoltaic System With Reactive Power CompensationWu Libo Zhao Zhengming Liu Jianzheng Wang Jian Yuan Liqiang(Tsinghua University Beijing 100084 China)Abstract Electricity from decentralized grid-connected photovoltaic (PV) systems is becoming important constitution of the electric power system. Grid-connected PV system with reactive power compensation can reduce electric network load and improve power system stability. This paper proposes a single-stage three-phase grid-connected PV system with reactive power compensation, which can track maximum power point of PV panels and compensate reactive power of local load simultaneously by detecting PV output voltage and current, grid voltage and load current. A modified maximum power point tracking (MPPT) strategy is also presented in this paper, which can improve the stability of the single-stage grid-connected PV system during rapidly changing process of light intensity.One-cycle control (OCC) method is employed to reduce harmonics in the output current of the inverter.Simulation and experimental results were carried out to verify the proposed method.Keywords：Solar energy, photovoltaic, grid-connected, reactive power compensation1 引言随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严重，能源和环境成为21世纪人类所面临的重大基本问题，清洁、可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。

单相光伏并网逆变器的研制单相光伏并网逆变器的研制近年来，随着人们对可再生能源的重视程度不断提升，太阳能光伏发电得到了广泛关注。

光伏发电系统是一种将太阳能转化为电能的系统，其中光伏逆变器作为核心设备起到了至关重要的作用。

光伏逆变器的主要功能是将直流电能转换为交流电能，以满足家庭、企业或工厂的电力供应需求。

单相光伏并网逆变器是一种将光伏发电系统连接到公共电网的设备，可实现电网电能与光伏电能的平稳转换。

它可以将太阳能光伏板发出的直流电能转化为交流电，并与公共电网实现同步运行，从而将多余的电能注入到电力网络中，减少能源浪费，降低环境污染。

因此，单相光伏并网逆变器被广泛应用于家庭光伏发电系统、商业光伏发电系统和工业光伏发电系统中。

为了研制出效率高、性能可靠的单相光伏并网逆变器，首先需要进行系统设计。

设计过程需要考虑多个方面，包括逆变器的输入电压范围、输出功率范围、输出电压波形质量以及保护功能等。

另外，还需要考虑光伏模块的最大功率点跟踪（MPPT）功能，以确保逆变器能够高效地收集太阳能。

接下来，进行逆变器的硬件设计。

逆变器的硬件设计主要涉及到电路拓扑的选择、元件选型以及PCB设计等。

对于单相光伏并网逆变器来说，广泛采用的电路拓扑有单相全桥拓扑和单相半桥拓扑。

选择合适的电路拓扑可以提高整个逆变系统的效率和稳定性。

元件选型需要根据逆变器的功率要求和工作环境来选择合适的电子元件。

PCB设计方面需要考虑逆变器的散热、线路布局以及防止电磁干扰等问题。

在实现逆变器硬件设计的基础上，接下来是进行逆变器软件的开发。

逆变器软件主要包括控制算法的编写和系统保护功能的实现。

控制算法需要实现MPPT功能，通过精确计算最大功率点，确保光伏模块输出的电能最大化。

系统保护功能需要实现过压保护、欠压保护、过温保护以及短路保护等，以确保逆变器在不正常工作情况下能够及时停机，保护光伏模块和逆变器本身。

最后，进行逆变器的实验验证和性能测试。

在实验验证阶段，需要测试逆变器的输入电压范围、输出功率范围、电流波形以及稳定性等。

单相光伏并网逆变器的研制一、本文概述随着全球对可再生能源的需求日益增长，太阳能作为一种清洁、可持续的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

单相光伏并网逆变器作为太阳能光伏发电系统的核心设备之一，其性能稳定性和效率对太阳能发电系统的整体表现具有重要影响。

本文旨在探讨单相光伏并网逆变器的研制过程，包括其设计原理、关键技术、实验验证以及性能优化等方面，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。

本文将详细介绍单相光伏并网逆变器的基本原理和结构特点，包括其工作原理、电路拓扑、控制策略等。

针对单相光伏并网逆变器的关键技术，如最大功率点跟踪、并网控制、孤岛效应检测等，本文将进行深入的分析和讨论，并提出相应的解决方案。

本文将通过实验验证和性能优化，评估单相光伏并网逆变器的实际性能，包括其转换效率、动态响应、稳定性等方面，并探讨其在实际应用中的潜力和优势。

本文还将对单相光伏并网逆变器的未来发展趋势进行展望，探讨其在提高转换效率、降低成本、增强智能化等方面的可能性和挑战。

通过本文的研究，期望能为单相光伏并网逆变器的进一步发展和应用提供有益的启示和指导。

二、单相光伏并网逆变器的基本原理太阳能电池板：太阳能电池板将太阳能转换为直流电能，这是整个系统的能量来源。

直流电源：直流电源接收太阳能电池板输出的直流电能，并将其稳定在逆变器所需的输入电压范围内。

逆变器：逆变器是单相光伏并网逆变器的核心部件，它的主要功能是将直流电转换为交流电。

逆变器采用单级式逆变结构，通过控制半导体开关器件的通断，产生高频交流电。

滤波器：滤波器用于去除逆变器输出的交流电中的谐波和噪声，以确保输出电能的质量。

变压器：变压器用于将逆变器输出的交流电调整到与电网电压相匹配的水平，以便顺利并入电网。

通过以上几个部分的协同工作，单相光伏并网逆变器能够将太阳能电池板输出的直流电能转换为符合电网要求的交流电能，并顺利并入电网，实现太阳能发电的并网应用。