单相双极式并网光伏逆变器

1、LOGO指导老师指导老师 周敬军周敬军& &张厚升张厚升论论文文题题目目:单单相相双级双级式光伏式光伏并网并网逆逆变变器器设计设计n班级：自动化班级：自动化10031003班班n学生：张晓东学生：张晓东n学号：学号：10110421101104211010第一章第一章 绪论绪论u现今各种化石能源逐年减少，人类必须找现今各种化石能源逐年减少，人类必须找寻新的替代能源。太阳能作为一种可再生寻新的替代能源。太阳能作为一种可再生清洁能源清洁能源，得到了人们的青睐。得到了人们的青睐。u太阳能光伏并网发电已成为新能源开发利太阳能光伏并网发电已成为新能源开发利用领域的一个重要方向。用领域的一

2、个重要方向。第一章第一章 绪论绪论 u单级式并网发电系统单级式并网发电系统第一章第一章 绪论绪论 u两级式并网发电系统两级式并网发电系统并网并网逆变器逆变器DCDCDCDC电网电网MPPTMPPT控制控制逆变器逆变器控制控制PVPV阵列阵列 第二章第二章 并网逆变器总体结构设计并网逆变器总体结构设计 u2.12.1并网逆变器分类并网逆变器分类0udUV1V2V3V4C+ +- -(a) 电压型逆变器 dUV1V2C+ +- -(b)电流型逆变器LV3V4RLdI 第二章第二章 并网逆变器总体结构设计并网逆变器总体结构设计 u逆变器的拓扑结构逆变器的拓扑结构IpvaV1V2V4UabUbV3单相

3、桥式逆变电路UPVC C1 1C C2 2ACVDPVVD1VD2VD3VD4工频变压器L L （1 1）带工频变压器的单级式逆变器带工频变压器的单级式逆变器第二章第二章 并网逆变器总体结构设计并网逆变器总体结构设计 u逆变器的拓扑结构逆变器的拓扑结构V1V2PVV4V3ACAC （2）高高频变压频变压器器绝缘绝缘的多的多级级式逆式逆变变器器第二章第二章 并网逆变器总体结构设计并网逆变器总体结构设计 u逆变器的拓扑结构逆变器的拓扑结构MPPT220V 50HzIpvC C2 2aV1V2V4UabUbV3UpvUpvBOOST电路单相桥式逆变电路C C1 1VDB BVD1VD2VD3VD4L

4、 L0 0L L1 1V V0 0 （3）无无变压变压器器绝缘绝缘的的两级两级逆逆变变器器第二章第二章 并网逆变器总体结构设计并网逆变器总体结构设计 u2.22.2系统工作原理系统工作原理u前级前级BoostBoost电路电路ELQDCR u当开关管当开关管Q Q导通时，二极管反偏导通时，二极管反偏，则将输，则将输出级隔离，由输入端向电感器供应能量。出级隔离，由输入端向电感器供应能量。u当开关管当开关管Q Q断开时，断开时，则则输出级吸收来自电输出级吸收来自电感器和输入端的能量感器和输入端的能量。 注：注：一般控制一般控制导导通占空比在通占空比在 D0.88D0.88 之之内内，以保，以保证证

5、系系统统的的稳稳定性定性。u后级单相全桥逆变器的工作原理后级单相全桥逆变器的工作原理C CV1V2V4V3L L0 0dcU+ +_ _0UgridIgridU 单相桥式逆变器的拓扑结构单相桥式逆变器的拓扑结构u单相桥式单相桥式PWMPWM逆变器向量分析，逆变器向量分析，U Ugridgrid 为电网电压为电网电压，U Uo o 为逆变器输出电压，为逆变器输出电压，I Igridgrid 是逆变器输出到是逆变器输出到电网的电流。电网的电流。gridjwLIoUgridIgridU u从从上上图中可以看出并网逆变器的输出电压和电网图中可以看出并网逆变器的输出电压和电网电压之间有一个位移量电压之间

6、有一个位移量 ，于是可以通过开关管，于是可以通过开关管的的PWMPWM控制，使逆变器的输出满足上述矢量关系，控制，使逆变器的输出满足上述矢量关系， 实现输出电流与电网电压同频同相。实现输出电流与电网电压同频同相。u本文本文确定了采用无变压器的拓扑结构，即前端确定了采用无变压器的拓扑结构，即前端BoostBoost电路和后端全桥逆变电路电路和后端全桥逆变电路。0gridgridUUjwLI第三章第三章 光伏并网逆变器控制策略研究光伏并网逆变器控制策略研究u实现并网工作时应同时满足以下三个条件：实现并网工作时应同时满足以下三个条件： 并网逆变器的输出电压和市电电压接近相等，一般压差应并网逆变器的输

7、出电压和市电电压接近相等，一般压差应 在在10%10%以内以内 并网逆变器输出频率接近市电频率，一般频差不超过并网逆变器输出频率接近市电频率，一般频差不超过0.4Hz0.4Hz 并网逆变器输出电压和市电电压同相，通常此相位差不宜并网逆变器输出电压和市电电压同相，通常此相位差不宜 超过超过1010度。度。u光伏并网逆变器的整体结构框图光伏并网逆变器的整体结构框图u并并网逆变器控制模式分析网逆变器控制模式分析u输入方式输入方式（1 1）电压源型逆变器是采用电容作为储能元件，在直流输）电压源型逆变器是采用电容作为储能元件，在直流输入侧并联大电容用作无功功率缓冲环节，构成逆变器低入侧并联大电容用作无功

8、功率缓冲环节，构成逆变器低阻抗的电源内阻特性，即电压源特性。阻抗的电源内阻特性，即电压源特性。（2 2）电流源为输入方式的逆变器，其直流侧需串联一个大电流源为输入方式的逆变器，其直流侧需串联一个大电感作为无功元件，储存无功功率，构成逆变器高阻抗电感作为无功元件，储存无功功率，构成逆变器高阻抗的电流源特性，提供稳定的直流电流输入，但是串入大的电流源特性，提供稳定的直流电流输入，但是串入大电感往往会导致系统动态响应差电感往往会导致系统动态响应差。故：故：大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式u并并网逆变器控制模式分析网逆变器控制模式分析u输出模式输

9、出模式（2 2）电压型控制电压型控制 如果光伏并网逆变器的输出采用电压控制，如果光伏并网逆变器的输出采用电压控制，则实则实际上就是一个电压源与电压源并联运行的系统，际上就是一个电压源与电压源并联运行的系统，这种情况下要保证系统稳定运行，就必须采用锁这种情况下要保证系统稳定运行，就必须采用锁相控制技术使逆变器输出电压与电网电压相位完相控制技术使逆变器输出电压与电网电压相位完全一致，并且要保证两者输出频率的一致性。全一致，并且要保证两者输出频率的一致性。u（2 2）输出模式：电流）输出模式：电流控制控制 如果逆变器的输出采用电流控制，则只需控制如果逆变器的输出采用电流控制，则只需控制逆变器的输出电

10、流跟踪电网电压，控制逆变输出逆变器的输出电流跟踪电网电压，控制逆变输出电流与电网电压同频同相，即可达到电流源与电电流与电网电压同频同相，即可达到电流源与电压源并联运行的目的压源并联运行的目的。本课题选择电流型控制并网本课题选择电流型控制并网，如下图：，如下图：u电流滞环控制电流滞环控制优点：优点：该控制方法简单可行，搭建模拟电路就能够实现。当该控制方法简单可行，搭建模拟电路就能够实现。当开关管采用较高开关频率时，有很快的响应速度，并且受负开关管采用较高开关频率时，有很快的响应速度，并且受负载及电路参数的影响小。载及电路参数的影响小。缺点：缺点：在设计滞环宽度采用固定的数值，这样做在设计滞环宽度

11、采用固定的数值，这样做的结果将会导致一个的结果将会导致一个PWMPWM开关周期中，开关管频开关周期中，开关管频率不固定，滤波器设计起来比较困难，很难获得率不固定，滤波器设计起来比较困难，很难获得良好的滤波效果。良好的滤波效果。u三角波比较控制三角波比较控制优点：优点：该方法下开关管的开关频率一定，输出电流的频该方法下开关管的开关频率一定，输出电流的频谱固定，谱固定， 滤波器容易设计滤波器容易设计缺点：缺点：该控制方法无法实现对正弦信号的无静该控制方法无法实现对正弦信号的无静差跟踪，同时积分的引入则会产生电流相移，差跟踪，同时积分的引入则会产生电流相移，影响逆变器输出电能质量影响逆变器输出电能质

12、量u （控制系统方框图控制系统方框图）u 电压电流双环反馈控制电压电流双环反馈控制本文采用本文采用电压电流双环控制方式电压电流双环控制方式：具有控制简单，控制效果较好，谐波具有控制简单，控制效果较好，谐波频率固定，能减小并网环流等特点频率固定，能减小并网环流等特点。u逆变器并网设计逆变器并网设计（控制结构图）（控制结构图）1-1-正弦电压给定正弦电压给定 2-PI 2-PI电压调节器电压调节器 3-PI3-PI电流调节器电流调节器 4-4-三角波载波信号三角波载波信号 5-SPWM5-SPWM比较器比较器 6-6-驱动电路驱动电路u并网逆变器中同步锁相环的研究并网逆变器中同步锁相环的研究 在光

13、伏并网发电系统中，为了保证并网电流和电压严格在光伏并网发电系统中，为了保证并网电流和电压严格同同频、同频、同相（只有在功率调节器中出于无功功率补偿的需要，才可控的实相（只有在功率调节器中出于无功功率补偿的需要，才可控的实现一定的相位差）现一定的相位差）。 锁相环（锁相环（PLL，Phase-Locked Loop）的作用）的作用：调节逆变器输出的频率和相位，使其和输入逐渐进入同步锁定状态。调节逆变器输出的频率和相位，使其和输入逐渐进入同步锁定状态。u锁相环路的工作原理锁相环路的工作原理 相位比较器将输入的信息与反馈的信号作比较获取相位差信息；环路相位比较器将输入的信息与反馈的信号作比较获取相位

14、差信息；环路滤波器滤除相位比较器输入中的高频成分同时调整环路参数，对整个滤波器滤除相位比较器输入中的高频成分同时调整环路参数，对整个锁相环的性能起着至关重要的作用，环路滤波器的输入信号用于控制锁相环的性能起着至关重要的作用，环路滤波器的输入信号用于控制压控振荡器的输入频率与相位；压控振荡器根据反馈回来的相位差信压控振荡器的输入频率与相位；压控振荡器根据反馈回来的相位差信息调节输出信号的频率与相位，逐步实现与输入信号同频同相息调节输出信号的频率与相位，逐步实现与输入信号同频同相。第四章第四章 并网控制系统硬软件设计并网控制系统硬软件设计u并网系统的整体硬件结构框图并网系统的整体硬件结构框图uDS

15、PDSP外围电路设计外围电路设计5V5V到到3.3V3.3V的电的电平平转换转换电路电路A/DA/D采样电路的电压基准采样电路的电压基准 基于基于74LVX424574LVX4245的电平转换电路的电平转换电路 （一片用于输入信号，一片用于输入信号，1 1片用于输出信号片用于输出信号）u电压采样电路电压采样电路u 电流采样电路电流采样电路u 隔离、驱动电路隔离、驱动电路（采用光电耦合驱动器（采用光电耦合驱动器HCPLJ312HCPLJ312）u并网软件设计并网软件设计u定时器中断子程序定时器中断子程序uPLLPLL软件设计软件设计结论结论u(1) (1) 采用电流电压闭环控制，该控制用于保证稳

16、态参考跟采用电流电压闭环控制，该控制用于保证稳态参考跟踪特性，对网侧电流值进行比例积分踪特性，对网侧电流值进行比例积分PIPI控制，方法简单，控制，方法简单，效果理想，易于实现和推广。提高并网电流波形的质量，效果理想，易于实现和推广。提高并网电流波形的质量，降低系统工作噪声和减小谐波的输出。降低系统工作噪声和减小谐波的输出。u(2)(2)选取电容输出电流值为被控对象，反馈效果好，响应速选取电容输出电流值为被控对象，反馈效果好，响应速度快，而且易于实现对逆变器开关管直接快速有效的过流度快，而且易于实现对逆变器开关管直接快速有效的过流保护。保护。结论结论u(3)(3)本文对传统的本文对传统的L L 滤波器加以改进，用滤波器加以改进，用LCLC滤波器，滤波器，减少并网电流的直流分量，减少并网电流的直流分量，THD THD 控制在很理想的范控制在很理想的范围内，有效抑制谐波污染，提高并网电流质量。围内，有效抑制谐波污染，提高并网电流质量。u(4)(4)采用双闭环控制可以实现逆变器并网电流的单位采用双闭环控制可以实现逆变器并网电流的单位功率因数控制，电流跟踪速度快，功率因数达到接功率因数控制，电流跟踪速度快，功率因数达到接近近1 1，实现了单位功率因数并网。，实现了单位功率因数并网。展望展望u缺点：缺点：u(1(1）本设计没有探