三电平逆变器设计

1、1,school of information and electrical engineering,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,答辩人：张云凤 导 师： 班 级：电气07-8班,2,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,课题的背景和意义,本文所做主要工作,仿真结果展示,3,基于三电平的光伏发电系统逆

2、变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,一、课题背景和意义,在能源日益短缺的今天，取之不尽，用之不竭，无污染的太阳能成为了人们关注的焦点，与其它的能源相比，太阳能无疑是最具有发展前景的绿色能源。 多电平逆变器的研究和应用是现代电力电子技术的最新发展方向之一，也是近年来发展起来的一种新兴变流技术，它主要面向的是高压大容量的应用场合。目前，在各种多电平电压源型逆变器的研制和应用方面，二极管箱位式三电平逆变器的应用最为广泛而且也最有实用意义。三电平逆变器适合大容量，高电压变频场合，开关

3、器件工作在较低频率下可以获得较好的波形，因此，开关损耗相对较低，效率高，电路的电磁干扰问题大大减轻。,4,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,二、本文所做的主要工作,光伏电池工作原理以及工作特性 三电平逆变器的拓扑结构以及工作原理 svpwm算法的原理以及实现步骤 三电平逆变器的并网控制,5,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on t

4、hree-level,光伏电池的工作原理,太阳能电池的基本特性和pn结相似，当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在pn结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质就是光子能量转换成电能的过程。下图为光伏电池等效电路：,6,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,图1 太阳能电池等效电路,光伏电池主要参数: 开路电

5、压（voc ） 短路电流（isc ） 最大功率（ pmax） 最大功率点电压（vm ） 最大功率点电流（im ）,7,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,光伏电池的工作特性,图2 光伏电池i-v和p-v特性曲线,8,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,此外，影响光伏电池的的输出特性主要因素：光照和温度。,（

6、1）,（2）,（3）,（4）,9,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,三电平逆变器的拓扑结构,三电平逆变器拓扑结构图,10,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,三电平逆变器的工作原理,(a),(b),(c),(d),(e),(f),11,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inve

7、rter of pv power generation system based on three-level,空间电压矢量调制法(svpwm) 是从以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁通圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生实际磁通去逼近基准圆磁通即通过交替使用不同的电压空间矢量实现磁链的轨迹，由它们比较的结果决定逆变器的开关，形成pwm波形。,svpwm算法的原理,12,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,三相定子电压空间矢量相加合成的空

8、间矢量 us 是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的3/2倍。 当电源频率不变时，合成空间矢量 us 以电源角频率 为电气角速度作恒速旋转。当某一相电压为最大值时，合成电压矢量 us 就落在该相的轴线上。用公式表示，则有:,定义sa、sb、sc为三相输出的开关变量，则每相输出可以表示为:,（1）,（2）,13,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,三电平空间矢量图,（3）,14,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the

9、inverter of pv power generation system based on three-level,svpwm算法实现步骤,（1）参考矢量所在扇区判断,三电平空间电压矢量图中，参考矢量vref是以角速度旋转的一个圆形轨迹。对于任一个vref，只需知道vref的幅值和相角，就能判断出vref处于哪个区域，然后选择最近三矢量替代与合成即可。,图（1）,图（2）,15,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,16,基于三电平的光伏发电系统逆

10、变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,svpwm算法实现步骤,（2）参考矢量所在小区域判断,三电平空间电压矢量图中，参考矢量vref是以角速度旋转的一个圆形轨迹。对于任一个vref，只需知道vref的幅值和相角，就能判断出vref处于哪个区域，然后选择最近三矢量替代与合成即可。,图（3）,17,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,18

11、,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,（3）基本矢量作用时间,t1v1+t2v2+t3v3=tsvref t1+t2+t3=ts,19,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,（4）开关优化选择,在三电平逆变器中，存在着冗余的开关状态，必须采用一定的算法来尽量减少开关动作次数，进而减少开关损耗。如果参考矢量在第

12、一扇区的区域2中，如果选用负短矢量为采样周期的起始矢量，则输出矢量的作用次序共有4种： onnoonooopooooooononn onnoonppppooppp oon onn onnppo ppp poo ppp ppo onn onnppoooopooooo oononn,以上4种情况，每相开关状态变化如表,20,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,基本矢量的作用时间分配具体的时序图,21,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of

13、the inverter of pv power generation system based on three-level,22,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,并网控制器,同步旋转坐标系中，稳态时d、q分量均为直流分量，采用pi调节进行电流控制，通过外环电压调节器控制直流母线的稳定，通过控制d轴电流控制逆变器的有功功率，控制q轴电流控制逆变器的无功功率，据此原理构建并网控制器框图如下：,23,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study

14、of the inverter of pv power generation system based on three-level,仿真结果,24,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power generation system based on three-level,（1） 扇区判断仿真图,仿真参数设置如下：直流母线电压为440v，调制比为0.945，电网电压为220v, 频率为50hz, 开关频率为1000hz,（2）小区域判断仿真图,25,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 study of the inverter of pv power g