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基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究

计算机辅助工程设计

课程设计与报告

题目：基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究

基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究

第一章绪论

1.1课题背景及研究意义

当今社会，资源、环境和能源问题仍困扰着世界的发展。对此，各国对开发利用新型能源、使用清洁能源的需求日益迫切，尤其是中国，地广人多，是能源消耗大国。目前，国内更多的依靠火电、水电和核聚变发电来供电。然而火电生产排放大量的硫化物、粉尘等严重污染空气，影响气候变迁，其来源化石能源也将消耗殆尽；水电建设成本高，资源有限，还会给江河系统造成不可逆的破坏；核电在安全方面有缺陷，一旦核泄漏，将给环境造成毁灭性的破坏，日本福岛核泄漏事故就是一个活生生的例子。

因此，人类不得不寻求更加清洁、安全的替代能源。进入21世纪后，各国政府都在大力鼓励研究清洁可再生能源，太阳能、风能、地热能、潮汐能等环境能量开发技术获得快速发展，其中尤以风能和太阳能应用最多。由于我国资源分布不均衡，有些地方如内蒙古、沿海，有的地方太阳能蕴藏量大，如西藏，但这些地方发出的电当地并不能完全消纳，而其他一些地区则因负荷过重而缺电，因此将电资源丰富的地方发出的电并入电网是明智之举。

然而，分布型电能并入电网需要做到与电网同频同相同幅值，目前并网技术成为了新能源发电的瓶颈技术。因此，本文通过从并网逆变器的设计着手研究新能源并网技术，具有一定实际意义。

1.2 并网标准

新能源发电并入电网的电能必须满足以下3个条件[5]：

（1）电压幅值：纹波幅值≤10%。

（2）频率：频差≤0.3Hz[1]。

（3）相位相同，相序相同，且相位差≤20°。

表1-1 并网标准化指标

表1-2 电压谐波技术指标

1.3 本文研究的内容

本文主要研究并网逆变器的设计方法及其控制策略的实现方法。为获得与电网同频同相等幅、单位功率因数、低畸变率的并网电压电流，本文通过SPWM 双闭环控制。本文的主要研究工作归纳如下：

（1）分别建立新能源发电并网系统的数学模型，并在Simulink上进行仿真验证。

（2）探讨控制策略，详细地研究双闭环控制的设计方法。

（3）计算、设置逆变器主电路及控制电路各器件的参数值，在Simulink上进行仿真调试，使得仿真结果符合设计的指标，分析仿真结果。

第二章并网逆变器的建模与仿真

2.1 逆变器的拓扑结构简介与比较

新能源发电输出的既有交流电也有直流电，如风能，发电机输出的是交流电，通常要先进行整流，再通过逆变器并网；而太阳能，发电输出的是直流电，则可直接逆变并网。逆变器常见的拓扑结构有双PWM逆变型、不可控整流+SPWM 逆变型、不可控整流+Z源逆变拓扑结构。本文以风力发电并网逆变器为例对并网逆变器的拓扑结构作简要介绍与比较。

2.1.1 双PWM型拓扑结构

双PWM型逆变器电路图如图2-1所示，风电机输出的交流电通过

AC-DC-AC变换器并入电网，其中整流环节和逆变环节均使用PWM全控型三相电桥。此种电路有一定优点：通用性较强，机侧和网侧的控制电路、控制算法相似，能灵活控制风电并网，且并网电能质量较好，因此，目前该拓扑结构比较主流。

但该拓扑结构也有其固有缺点：首先，太多的电力电子器件导致系统谐波难以控制；其次，PWM整流器使用全控型三相电桥，增加了系统成本，虽然系统稳定性提高了，但是高昂的成本使得其性价比还不如不可控整流+SPWM逆变拓扑结构。

图2-1 双PWM型拓扑结构

2.2.2 不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构

不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构如图2-2所示，整流桥的开关器件是二

极管，逆变桥的开关器件是全控型电力电子器件[2]。该拓扑结构的显著优点是成本低，控制简单。当然也有其缺点，即机侧功率因数可能不为1。

图2-2不可控整流+SPWM逆变型拓扑结构

2.2.3 不可控整流+Z源逆变拓扑结构

Z源逆变器电路图如图2-3所示，Z源逆变器的主电路有电流源型和电压源型，负载有感性负载和容性负载，上下桥臂允许直通，这不同于传统电桥[3]。由此可见Z源逆变器控制更加灵活，更能适应风电的随机性，增强系统的稳定性。但是该拓扑结构控制复杂，目前还处于研发阶段，应用较少。

图2-3 不可控整流+Z源逆变拓扑结构

综合上述三种拓扑结构的比较，考虑到性价比，本文采用不可控整流+SPWM 逆变型拓扑结构。

2.3 逆变器的建模与解耦分析

2.3.1 三相电压全控型逆变器的工作原理

三相电压全控型逆变器的结构如图2-4所示，直流侧电压用一个直流电压源

代表发电机输出电能整流之后的直流电压水平，用dc U 表示。直流侧电容起稳定直流电压和滤波的作用，网侧是无中性线的连接方式，LR 组成滤波器。为简化逆变器数学模型的推导，现做以下合理假设[5]：

（1）电网电压是稳定的纯正弦波电压，分别设为a E 、b E 、c E 。（2）电路参数是三相对称的。

（3）交流侧滤波电感L 为线性电感，无饱和。（4）主电路上的开关器件都是理想开关，没有损耗。

图2-4 三相电压全控型逆变器的结构图

任一时刻，三相桥的每对桥臂都只有一个开关导通，一个开关关断。现以a 相为例，说明该逆变器的工作原理：当1V 导通，2V 关断时，2a

dc U U =；当1V 关

断，2V 导通时，2a dc U U =。同理可根据3V -6V 的导通关断情况得出各个时刻b U 、

c U 的电压值。易知每一相输出电压都有正负电平两个状态，且正负电平出现的

时间各占半个电平周期[10]。通过SPWM 对1V -6V 六个IGBT 进行合理控制就能输出与电网电压、频率、相位、相序相符合的电能，实现安全并网。 2.3.2 逆变器的数学模型

本文的目的是设计风电并网逆变器，为此，首先要给逆变器建立数学模型，并将数学模型转化为便于在Simulink 上进行仿真的形式，然后搭建仿真模型，调试好参数，完成仿真。

风电并网逆变器的特点是多维度，强耦合，为了降低控制难度，增加控制的

可靠性，就需要进行解耦。因此，须进行3/2s r 和2/2r s 坐标变换，在dq 坐标系下建立数学模型，实现有功和无功的解耦控制[6]。

基于前述假设，由逆变器的开关工作原理，并利用KCL 和KVL ，便可建立逆变器的数学模型。通常可采用开关函数或通过占空比描述三相电桥建立逆变器数学模型。鉴于开关函数描述三相电桥比较精确、直观，易于理解，且方便仿真，本文采用开关函数法。

1. abc 坐标系下的数学模型

每对桥臂都只有两种状态，同一时刻，一对桥臂上一个开关导通另一个开关则关断，因此，三相全桥逆变器一共有8种开关状态。可对逆变器开关函数n S 做如下定义：

10n S ?=??上桥臂导通，下桥臂关断

（n=a,b,c ）

上桥臂关断，下桥臂导通

(1)

如表2-1所示，逆变器的8种开关状态下逆变器输出电压与直流侧电压dc U 的关系，表中a U 、b U 、c U 是逆变器输出的相电压，ab U 、bc U 、ca U 是线电压。

表2-1 逆变器8种开关状态下交流侧输出电压与直流侧电压的关系

由表2-1可以归纳出用a S 、b S 、c S 表示逆变器交流侧输出的相电压与线电压的方程式，即：

2111213112a a dc b b c c U S U U S U S --?????? ? ? ?=?-- ? ? ? ? ?

?--????

?? (2)

110011101ab a bc dc b ca c U S U U S U S -????

?? ? ? ?=?- ? ? ? ? ?

?-????

(3)

由KCL 导出逆变器各相回路电压方程：

a a

b b b b

c c

c c di U E Ri L dt

di U E Ri L dt di U E Ri L dt ?=++??

=++??

(4)

其中，

cos()2cos()32cos()3a m b m

c m E E t E E t E E t ωπωπω?

?=?

=-??

=+??

(5)

式中，m E ——电网相电压的幅值； ω—— 电网基波角频率。

化简（3.4）式可得逆变器交流侧三相静止坐标系下的数学模型：

10010010011010010010001001001a

a a a

b b b b

c c c c di dt U i E di R U i E dt L L L U i E di dt ?? ?

???????????? ?

? ? ? ? ? ? ?=-- ? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????? ? ???

(6)

观察（6）式可知，abc 坐标系下的逆变器模型中各相电路参数之间彼此独立，所以该逆变器是一个线性解耦系统，可通过调节输出电压改变交流侧电流从

而控制逆变器。但逆变器模型中仍包含随时间变换的交流量，具有多变量、强耦合的特点，非常不方便设计控制系统。因此需要进行坐标变换，把三相静止坐标系下的逆变器模型转化到两相同步旋转坐标系中，把模型中的交流量变换成直流量，达到解耦控制有功功率与无功功率的目的，使功率因数接近1。

2. αβ坐标系下的数学模型

可以根据两种原则进行坐标变换，其一是根据“等量”原则，变换前后通用矢量相等，变换矩阵前的系数为2/3；其二是根据“等功率”原则，变换前后功率相

。本文采用“等功率”原则进行坐标变换。取a 相

绕组的轴线与α轴重合，β轴超前α轴90°，则坐标变换前后两坐标系上的模型参数有如下对应关系[7]：

111220a b c U U

U U U αβ???? ? ? ????--

= ??

? (7)

111220a b c i i i

i i αβ???? ? ? ????--??= ?

?? (8)

2210a b c U U U U U α

β??

-= ???--???

??? ?

? ?? ?

??? ???

(9)

210a b c i i i i i αβ??

-= ???-?????? ?

? ? ?

?? ?

(10)

用αβ坐标系中的变量代换abc 坐标系下所得模型中的变量，整理得αβ坐标系下的逆变器数学模型：

10101di U E i R dt di U E i L L dt ααααββββ??

?-????-?? ?=- ? ? ?-- ??????? ???

(11)

分析（11）式可知，虽然在αβ坐标系下的逆变器模型已经解耦合，但是模型中仍有交流量，故仍需进行2/2r s 坐标变换。

3．dq 坐标系下的数学模型

在dq 坐标系中，由于坐标分量都是静止的直流量，可按照直流控制系统的设计方法设计逆变器控制系统，变量要少很多，且没有耦合，比在abc 坐标系下直接设计控制系统简单得多。设零时刻dq 坐标系的d 轴与αβ坐标系的α轴重合，代表有功分量，q 轴超前d 轴90°，代表无功分量。根据瞬时无功理论，d 轴按电网电压矢量方向，从αβ坐标系变换到dq 坐标系，其变换矩阵一定是时间的函数，两坐标系的参数关系如下[2]：

cos sin sin cos d q U U t t U U t t αβωωωω??????= ? ? ?-?????? (12)

cos sin sin cos d q i i t t i i t t αβωωωω????

??= ? ?

?-?????? (13)

cos sin sin cos d q U U t t U U t t αβωωωω????-??= ? ?

??????? (14)

cos sin sin cos d q i i t t i i t

t αβωωωω??????= ? ?

?-??????

(15)

式中，d U ，q U ，d i ，q i ——dq 坐标系中的变量； U α，U β，i α，i β——αβ坐标系中的变量； ω——电网基波角频率。整理可得dq 坐标系下的逆变器模型：

cos sin cos sin cos sin 1sin cos sin cos sin cos d d d d q q q q i U E i t

t t

t d R i U E i t

t t t t t dt L L ωωωωωωωωωωωω??-??????

---??????=- ? ?

? ? ? ? ? ?-????????????

(16)

化简得：

1d d d d q q q q R i U E i d L i U E i R dt L L ωω??

--?????? ?=- ? ? ? ?-??????

(17)

第三章逆变器的控制策略

上一章分析了风力发电并网系统主电路的构成，建立了各主要模块的数学模型以及仿真模型。本章将对逆变器的控制策略及控制系统的设计方法进行详细阐述，为逆变器的仿真打下基础。

3.1 直驱式风电并网逆变器控制系统的结构框图

由于该系统是三相对称系统，就交流量的基波分量而言，逆变器模型中的交轴分量和直轴分量在稳态时均为直流变量，故本文采用双闭环控制策略，以中间直流电压反馈作为电压外环进行PI 调节，以网侧电流反馈作为电流内环进行PI 调节。考虑到风电的波动性、随机性、扰动性较火电水电都要强，本文采用SPWM 对双闭环调节的结果进行控制。

由第2章的（17）式可知，d 轴电流与q 轴电流的变化会互相影响，d i 、q i 既受控制量d U ，q U 的影响，还受耦合项d Li ω-，q Li ω 扰动以及网侧电压d E ，q E 的影响，耦合程度强，因此，本文采取前馈解耦控制策略来控制电流。

本文采用PI 调节器控制电压和电流，由KCL 和KVL 可得到d U ，q U 的控制方程如下：

()(*)()(*)I d P d d q d I q P q q d q k U k i i Li E S

k U k i i Li E

S ωω?

=-+--+???

?=-+--+??

(18)

式中，d U ，q U ——逆变器输出电压的d 、q 分量； *d i ，*q i ——逆变器交流侧给定电流的d 、q 分量； I k ，P k —— 电流内环PI 调节器比例、积分调节增益。

电流内环PI 调节器的输出即为SPWM 逆变器交流侧的给定电压[9]，将（18）式代入（17）式，整理得：

()()()()d I I P d P d q I I P q P q

di k k L k R i k i dt S S

di k k L k R i k i dt

S S ?=+--+???

?=+--+?? (19)

（19）式表明，可以通过引入电流反馈，实现电流内环的解耦控制。具体就是分别在d 、q 轴的电流PI 调节器输出结果中注入q 、d 轴电流信息的分量，且注入分量与被控制量产生的耦合量大小相等、方向相反，并引入电网的反馈电压进行补偿[8]。

本文所设计风电逆变器总体的动态控制结构框图如图3-1所示。图中，*dc U 是给定的中间直流电压，dc U 是作为外环反馈的中间直流电压，二者之差作为PI 调节器的调节信号进入PI 调节器进行调控，调控的结果又作为内环d 轴的给定电流*d i 。作为内环反馈的逆变器网侧并网交流电流信号经过坐标变换得到两相静止坐标系下的直轴分量d i 和交轴分量q i 。赋*q i 值为0以获得单位功率因数。

d 轴和q 轴各自的反馈量和给定量进行比较后分别进入独立的PI 调节器进行独

立调控，PI 调节器的输出结果注入反馈的电网电压以及d q 轴互相之间的耦合量进行解耦，经过坐标变换将反馈调控的结果变换到两相旋转坐标系，然后把信号交给SPWM 调控，对逆变器三相桥上开关器件进行控制，实现逆变器的控制。

图 3-1 逆变器的动态控制结构图

3.2 电流内环的一般设计

根据双闭环控制先内环后外环的原则，本文先设计电流内环，然后将电流内环视为电压外环的一部分，进行电压外环的设计[4]。

根据（18）式可以画出电流内环的动态结构框图，此处仅对q 轴电流的控制

进行分析，q i

内环控制的动态结构图如图3-2所示：

图3-2 q i 内环控制的动态结构图

图3-2中，在CCM 模式下，可将开关器件和逆变装置近似为一阶惯性环节，

pwm k 则为三相桥开关器件和PWM 逆变装置的放大系数，s T 是电流采用周期不计扰动d E 的影响，且将PWM 开关周期s T 与最小时间常数0.5s T 整合，则可化简得到如图3-3示的电流内环结构图。

图3-3电流内环简化结构图

由于风力发电逆变器控制系统需要良好的跟随性能，才能适应风电的随机性，而电流内环控制的目的就是跟踪风的变换，故本文按典型I 型系统设计电流内环PI 调节器。由图3-3可得电流内环典型I 型系统的闭环传递函数：

1.5(s)11.5iP pwm

ic P pwm

k k R T W S s k k T τ=

(20)

其中，

R L

τ=

(21)

式中， iP k ——PI 调节器的放大系数； R ——系统等效电阻； L ——系统等效电感。

取最佳阻尼比0.707，则：

1.50.5s P pwm

T k k R τ

(22)

求得PI 调节器的放大系数P k 和积分系数I k 为：

3iP pwm s

R k k T τ=

(23)

3iI pwm s

R k k T =

(24)

在设置仿真参数时，可参考（22）式和（23）大概计算PI 调节器的参数值。典型I 型系统的动态跟随性能较好，但是其动态抗干扰性能较差，所以，在仿真过程中，上述两个公式计算得到的参数值并非合适值，只能作为调试的参考值需要反复调试才能得到适宜的参数值。

3.3 电压外环的设计

将电流内环视为电压外环的一个环节处理，则电压外环的动态结构图如图3-4示。

图3-4电压外环的动态结构图

图3-4中，uI k ，uP k 分别为电压外环PI 调节器的放大系数和积分系数。滞后

环节1(1T S)s +代表电压采样延时，

1(13T S)s +是开关频率足够高时电流内环简化的传递函数。与内环化简同理，不计负载扰动L i 的影响，则有电压外环简化的动态结构图如图3-5所示。

图3-5 电压外环简化的动态结构图

电压外环控制是为了稳定逆变器直流侧电压，因此，电压外环设计更注重稳定性能，故本文按典型∏型系统设计电压外环PI 调节器。由图3-5可得开环传递函数为：

2(1T S)

(s)(14T S)uI s uc uP s k W S k C +=

(25)

取最佳中频宽

4uP

k h T =

=，并结合典型∏型系统PI 控制器的整定关系：

221

32uI uP s k h Ck h T +=

(26)

则可得电压外环PI 调节器参数设置的表达式：

32020uI

s uP

s C k T k T

?=??

?=? (27)

同电流内环一样，在设置仿真参数时，可参考（27）式大概计算外环PI 调节器的参数值，但只能作为调试的参考值，需要反复调试才能得到适宜的参数值。

3.4 本章小结

本章主要研究逆变器的控制系统，现对本章所做工作归纳总结如下：（1）三相逆变器是多变量、强耦合的系统，本章首先进行了逆变器的前馈解耦分析，建立了采用PI 调节时双环的数学模型，然后整理把握控制系统，分析其运作过程。

（2）通过合理地假设、等效变换、化简建立了电流内环和电压外环PI 调节器的参数的数学模型，为第4章设置PI 调节器的参数进行仿真提供了依据。

第四章风电并网逆变器的参数设计与仿真

4.1 并网逆变器技术指标

设电网额定频率为50Hz ，电网线电压额定值为690v 。本文取1100dc U =，再参考逆变器单相并网的标准化指标，本文设计的直驱式风力发电并网逆变器的技术指标如表4-1所示：

表4-1 逆变器技术指标

4.2 交流侧电感的设计

交流侧的电感与电阻又叫RL 滤波环节，可知电感的主要作用是滤除交流侧电流中的谐波，使波形更接近于正弦波，同时还起到一个隔离作用，将逆变器交流侧与电网相隔离，此外，交流侧电感会产生无功功率输给电网，影响系统的时间常数与功率因数，还可以影响逆变器控制系统的阻尼特性，利于系统稳定性指标的实现[17]。

交流侧电感的设计必须满足瞬态电流跟踪和电流谐波抑制两个指标，综合两个条件选取电感值。

1.考虑瞬态电流跟踪指标

以a 相为例，根据第2章中逆变器的拓扑电路以及建立的数学模型并忽略交流侧电阻R 则可得：

,,3

a dc a n dc a n a

b c

di U

E S U S dt ==+-∑

(28)

本文采用功率因数为1的电流控制，稳态时，电流上升过零处的电流变化率最大且为m I ω，此时，0a E =，当开关状态为（011）时，电流最大上升率为2dc U L ，可求得电感的最大值。由此可得不等式：

23dc

m U I L

ω> (29)

即

23dc

U L I ω<

(30)

根据本文设计的逆变器指标，1100dc U =V ，2314f ωπ=≈rad/s

，

100m I ==A ，代入（30）式则有229.8L

2.考虑谐波抑制指标

依旧以a 相为例，根据稳态条件下，0a S =时的电流变化量等于1a S =的电流变化量，可得到如下关系：

max

232dc m s

dc U E T L U i -≥

(31)

式中，563m E =≈V ，max i ?为最大谐波电流变化量，本文取25A ，s

T 是开关周期，本文取0.0005s ，故可求得： 2.5L ≥mH 。

综合考虑两个指标，求得电感的值域为： 2.5229.8L ≤<，再考虑到电感值会对系统相位造成影响，本文取电感值为10mH 。

4.3直流侧电容的设计

直流侧电容的主要作用是稳定中间直流电压同时滤除不可控整流输出电压中的纹波。此外，直流侧会消耗无功功率，影响系统的时间常数与功率因数，还可以影响逆变器控制系统的阻尼特性，利于系统稳定性指标的实现。

交流侧电感的设计必须满足直流电压快速跟随性和电压谐波抑制两个指标，综合两个条件选取电容值。

1. 考虑直流电压跟随性指标

快速跟随性即直流电压从稳态的最低值上升到额定直流电压的上升时间指标。不可控整流电路的输出电压0dc U 与电网三相电压线电压的有效值l E 以及相电压幅值m E 有如下关系：

0 1.35 1.35dc l m U E ==

(32)

由欧姆定律，根据直流侧额定电压dc U 和系统容量S 可求得直流侧额定负载

s R ：

2dc

s U R S

(33)

本文中取1100dc U =V ，605S =KV A ，所以，2s R =Ω。

又本文电压外环采用PI 调节器，外环给定的直流电压为1100V ，不计电流内环的惯性作用，电容以最大电流dm I 充电，且电容的初始电压为0dc U ，故友如下关系：

00(I )(1e

)r s t R C

dc dc dm dc U U U -

-=-- (34)

式中，

1.2I dc

dm s

U R =

(35)

r t ——电容电压从初始值上升到额定直流电压的上升时间；

d m I ——最大直流电流。

一般r t 应小于系统规定的上升时间*r t ，由此可得：

ln()

r dm s dc s dm s dc

t C I R U R I R U <

-- (36)

本文取*r t 为20ms ，由（32）式可得0943dc U =V ，由（35）式可得I 660dm =A ，代入（36）式可得：18500C μ

2.考虑滤波作用

电容电压的纹波与电容值、直流电流之间的关系为：

dc dc U C

i I t

?=-? (37)

由设计指标可知，直流电压纹波幅值为：*

11005%55dc U ?=?=V ，又一般直流电压变化量dc U ?要小于给定直流电压变化量*

dc U ?，故有：

(I I )T 2dc m dc s

m dc

I C I U ->

(38)

根据上述本文采用的数据代入（18）式，可求得：96C μ>F 。

综合考虑直流电压跟随性和纹波抑制指标后，本文取电容的值为2300C μ=F 。

4.4 PI 调节器参数的计算

4.4.1 电流内环PI 调节器

取15pwm k =，RL 滤波器中的电阻为5Ω，回路等效电阻为2Ω，等效电感为60mH [9]，则可求得时间常数为：

0.03L

τ=

= (39)

再将数据代入第三章的（20）式和（21）式，则可求得电流内环PI 调节器的参数：

2.667

388.893iP pwm s iI

pwm s R k k T R k k T τ?

==??

?==??

(40)

4.4.2 电压外环PI 调节器

在第3章的分析中可知，电压外环的PI 调节器的参数由直流侧电容值与PWM 开关周期决定，由上文确定了电容值为2300μF ，代入（3.8）式即可求得电压外环PI 调节器的参数：

30.6920200.01

s uP

s C k T k T ?==??

?==? (41)

在第3章分析中已知，计算得到的PI 调节器的参数值只能作为调试的一个参考，适合系统的具体值要经过反复调试才可确定。本文在逆变器的仿真调试中，确定的PI 调节器参数值如表4-2所示：

表4-2 PI 调节器参数值

4.5 风力发电并网逆变器并网仿真及结果分析

用于三相PWM并网逆变器的改进型幅相控制方法_英文_

J Shanghai Univ(Engl Ed),2008,12(6):560–564 Digital Object Identi?er(DOI):10.1007/s11741-008-0617-1 The improved PAC method for a three-phase PWM grid-connected inverter LI Jie( ),MA Yi-wei( ),CHEN Guo-cheng( ),WANG De-li( ), YU Jun-jie( ) Shanghai Key Laboratory of Power Station Automation Technology,Shanghai University,Shanghai200072,P.R.China Abstract In this paper,a vector regulating principle of the phase and amplitude control PAC method for three-phase grid-connected inverters is presented.To solve the problem of heavy inrush current and slow dynamic response when system starts up,the starting voltage prediction control and the current feed-forward control are proposed and used,which improve the dynamic performance of the system in the PAC.The experimental results carried out on a three-phase grid-connected inverter proved the validity of the proposed method. Keywords three-phase pulse width modulation(PWM)grid-connected inverter,phase and amplitude control(PAC),starting voltage prediction control,current feed-forward control Introduction Three-phase pulse width modulation(PWM)grid- connected inverters can realize feeding electric energy to grid with unity power factor without harmonious pollution.Therefore,it can be applied to many situa- tions,such as solar photovoltaic generation,wind power generation and the energy-regeneration application[1?2]. The current control methods of three-phase PWM grid- connected inverters can be divided into two sorts,the direct current control and the indirect current control. The direct current control includes the hysteresis cur-rent control,the space-vector control,etc.[3?4]These methods can obtain faster current response,but the con- trol structure and algorithm are comparatively complex. The indirect current control is also called the phase and amplitude control(PAC).It has advantages that the control is simple without current feedback and its cost is low[5?6].However,comparing with the direct current control,its current dynamic response is not very fast. Recent research about PAC mainly involved in improv-ing the dynamic performance of the system in operation and design of system parameters[2,7].None of them re-fer to improving startup the dynamic performance of the system.However,in some situations(such as eleva-tors and port machines),grid-connected inverters have to start and stop frequently.The dynamic performance of the system in startup makes an important impact on the quality of electric power fed into grid. In this paper,based on the research concerned[7?8], a15kW three-phase PWM grid-connected inverter us-ing PAC is designed.Moreover,to solve the problem of heavy inrush current and slow dynamic response when system starts up,the starting voltage prediction control and the current feed-forward control are presented.The experimental results proved the validity of the proposed methods. 1Structure of main circuit and operat-ing principle 1.1Structure of main circuit The main circuit structure of a three-phase PWM grid-connected inverter consists of a bridge recti?er made up of six IGBTs with anti-parallel diodes,DC link capacitance and series inductances. As shown in Fig.1,The AC output ports of the sys- tem are directly connected to the gird,while the DC in-put ports are connected to E G(E G is a renewable power supply)in series with an isolation diodes V D which en- sure the energy can only?ow into the grid.Before the system runs,all the IGBTs(V1～V6)are blocked.En-ergy can’t be fed into the grid and the supply-side cur- rent is zero.After the system runs,the DC link voltage is held on the set voltage by controller and all the IGBTs are switched on or o?by the given PWM rule.Then en-ergy is fed into the grid. Received Nov.21,2007;Revised Apr.15,2008 Project supported by the Shanghai Education Committee Scienti?c Research Subsidization(Grant No.05AZ30),and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education(Grant No.20060280018) Corresponding author CHEN Guo-cheng,Prof.,E-mail:gchchen@https://www.wendangku.net/doc/3f13511604.html,

三相PWM逆变器的设计_毕业设计

湖南文理学院课程设计报告三相PWM逆变器的设计课程名称：专业综合课程设计专业班级：自动化10102班

摘要本次课程设计题目要求为三相PWM逆变器的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个环节的设计，比如触发电路、控制电路、主电路等，其中部分电路的绘制采用Proteus软件，最后结合Matlab Simulink仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。关键词：三相PWM 逆变电路Matlab 仿真

Abstract The curriculum design subject requirements for the design of the three-phase PWM inverter. Design process from the principle of analysis, selection of components, to scheme and the Mat-lab simulation, etc., to consolidate the theoretical knowledge, basic meet the design requirements. This article will be carried out in accordance with the design of process analysis, and the corresponding principles, including the theoretical foundation of the inverter circuit and introduction, using Matlab simulation software, etc., in addition, will also clearly introduces the design of every link, such as trigger circuit, control circuit, main circuit, etc., some of the drawing of the circuit using Proteus software, finally combined with Matlab Simulink, established a three-phase fully-controlled bridge voltage source type inverter circuit simulation model, and then through the software to get the ideal results. Keywords: Matlab simulation, three-phase ,PWM, inverter circuit

三相并网逆变器数学模型

一．三相线电压到三相相电压的转化 1()31()31() 3 a a b ca b b c ab c ca bc U U U U U U U U U =-=-= - 二．三相静止坐标到两相静止坐标的转化（恒功率） 2[0.5()]3 2()] 3 2 alf a b c beta b c = -+= - 三．两相静止坐标到两相旋转坐标的转化（恒功率） cos*sin*sin*cos*d alf beta q alf beta =+=-+ 四．两相旋转坐标到两相静止坐标的转化（恒功率） cos*sin*sin*cos*alf d q beta d q =-=+ 五． SVPWM 的算法 1. 扇区N 的计算 A=beta U ， alf beta U -， C=a lf b eta U -当A>=0，A=1，否则A=0； B>=0，B=1，否则B=0；当C>=0，C=1，否则C=0；那么扇区N=A+2B+4C 。 2.XYZ 的计算 dc X U = ，32alf beta dc U Y T U += ，32alf beta dc U Z T U -+ = 当T1+T2>=T 时,1112 T T T T T =+,2212 T T T T T = +

https://www.wendangku.net/doc/3f13511604.html,R1_Val, CCR2_Val, CCR3_Val 的计算六．有功无功解耦控制 * *()()*()()*id d d d pd d q d iq q q q pq q d q k U i i k i R Li E s k U i i k i R Li E s ωω=-++-+=-+ +++

光伏并网逆变器中滤波器的设计与研究

光伏并网逆变器中滤波器的设计与研究摘要：光伏发电系统中存在着大量的非线性器件和负载，其对电网带来严重的谐波污染。为了有效地抑制谐波污染，本文提出了一种新的无源滤波器的结构设计，并且建立了一个交直交变流器与无源滤波器的Simulink 仿真模型。通过比较接入无源滤波器前后电流和电压的变化，对电流和电压波形进行傅里叶变换，得到它的频谱分析曲线。仿真结果表明：该滤波器的设计方法具有可行性和有效性，能够很好地抑制光伏逆变器DC/AC 变换后谐波分量，并且满足当前电力系统的要求。关键词：光伏逆变器；无源滤波器；傅立叶变换 0 引言光伏发电系统中存在着大量的非线性器件和负载，其对电网带来严重的谐波污染。为了有效地提高电能质量，洁净电网，电网谐波治理问题已经愈来愈引起国内外学者和专家关注[1]。滤波器具有消除谐波和提供无功补偿的功能，在治理谐波的问题上处于重要的位置。传统的滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器存在着高成本、功能单一等缺点的限制，同时光伏发电系统受阳光、温度等不确定因素的影响比较大，使得光伏阵列的直流母线利用率较低[2] 。无源滤波

器因其结构简单、设备投资少、运行可靠性高、运行费用低等优点，成为电力系统中最普遍的谐波抑制设备[3] 。在交流系统中，无源滤波器不仅可以起到滤波作用，而且还可以兼顾无功补偿的需求。因此它成为传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段。本文提出了一种新的无源电力滤波器，理论分析了该无源滤波器的可行性。利用Simulink 搭建系统仿真模型，同时采集滤波前和滤波后的电压、电流量，分别对其进行傅立叶变换，得到相应的频谱分析曲线。仿真结果表明，该无源滤波器能够很好地抑制光伏逆变器DC/AC 变换后谐波分量。 1无源滤波器的结构设计无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联[4]。本文中无源滤波器是通过电感、电容和电阻一系列的串并联来达到滤波的效果，其结构简图如图 1 所示。图 1 中所示的U、V、W 分别代表光伏逆变器输出的三相交流电。由于这其中含有很高的高频分量，因此我们通过必须接入三相无源滤波器，滤去当中的谐波分量来满足电力系统的要求。其中，电感L10和L20是含有电阻性的电感，L1 是纯电感，串联在电网当中的电感L1 主要是滤去电网中电压的谐波分量。无源滤波器作为低通滤波器，频率高于其谐振

基于Matlab_Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真

题目：基于Matlab/ Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真院系：姓名：学号：导师：

目录一、背景与目的 (3) 二、实验原理 (3) 1.并网逆变器的状态空间及数学模型 (3) 1.1主电路拓扑 (4) 1.2三相并网逆变器dq坐标系下数学模型 (4) 1.3基于电流双环控制的原理分析 (5) 2.LCL型滤波器的原理 (6) 三、实验设计 (8) 1.LCL型滤波器设计 (8) 1.1LCL滤波器参数设计的约束条件 (8) 1.2LCL滤波器参数计算 (8) 1.3LCL滤波器参数设计实例 (9) 2.双闭环控制系统的设计 (10) 2.1网侧电感电流外环控制器的设计 (10) 2.2电容电流内环控制器的设计 (11) 2.3控制器参数计算 (12) 四、实验仿真及分析 (12) 五、实验结论 (16)

一、背景与目的伴随着传统化石能源的紧缺，石油价格的飞涨以及生态环境的不断恶化，这些问题促使了可再生能源的开发利用。而太阳能光伏发电的诸多优点，使其研究开发、产业化制造技术以及市场开拓已经成为令世界各国，特别是发达国家激烈竞争的主要热点。近年来世界太阳能发电一直保持着快速发展，九十年代后期世界光伏电池市场更是出现供不应求的局面，进一步促进了发展速度。目前太阳能利用主要有光热利用，光伏利用和光化学利用等三种主要形式，而光伏发电具有以下明显的优点： 1. 无污染：绝对零排放－没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”； 2. 可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，具有理想的可持续发展属性； 3. 资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间是否丰富之分； 4. 通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储； 5. 分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义； 6. 资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用； 7. 灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成，容量可大可小，扩容方便，保持系统运转仅需要很少的维护，系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件； 8. 光伏建筑集成（BIPV-Building Integrated Photovoltaic）：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一，也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。随着我国能源需求的不断增长，以及化石能源消耗带来的环境污染的压力不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用越来越受到国家的重视和社会的关注。二、实验原理 1.并网逆变器的状态空间及数学模型

(完整版)三相逆变器matlab仿真

三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 1.3逆变器的分类现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)……………. 2 三相逆变电路三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。图 1 三相逆变电路

日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。图 2 系统Simulink 仿真所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC）。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1.

光伏并网逆变器控制与仿真设计

光伏并网逆变器控制与仿真设计为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻

三相SVPWM逆变电路MATLAB仿真

基于电压空间矢量控制的三相逆变器的研究 1、SVPWM逆变电路的基本原理及控制算法图1.1中所示的三相逆变器有6个开关，其中每个桥臂上的开关工作在互补状态，三相桥臂的上下开关模式得到八个电压矢量，包括6个非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)和两个零矢量(000)、(111). 图1.-1 三相桥式电压型有源逆变器拓扑结构在平面上绘出不同的开关状态对应的电压矢量，如图1.2所示。由于逆变器能够产生的电压矢量只有8个，对与任意给定的参考电压矢量，都可以运用这8个已知的参考电压矢量来控制逆变器开关来合成。 3 U(011) 1 U(001)5 U(101) 4 U(100) 6 U(110) 2 U(010) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ U(000) 7 U(111) β c U θ β u α u 1 sv U2 sv U 3 sv U 图1.2 空间电压矢量分区图1.2中，当参考电压矢量在1扇区时，用1扇区对应的三个空间矢量U sv1、U sv2、U sv3 来等效参考电压矢量。若1.2 合成矢量 ref U所处扇区N的判断三相坐标变换到两相β α-坐标： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ) ( ) ( ) ( 2 3 - 2 3 2 1 - 2 1 - 1 3 2 ) ( ) ( t t t t t u u u u u co bo ao β α （1.1）

根据u α、u β的正负及大小关系就很容易判断参考电压矢量所处的扇区位置。如表1.1所示。表1.1 参考电压矢量扇区位置的判断条件可以发现，扇区的位置是与u β、 u u βα-3及u u βα--3的正负有关。为判断方便，我们设空间电压矢量所在的扇区N N=A+2B+3C （1.2）其中，如果u β ＞0，那么A=1,否则A=0 如果u u βα-3 ＞0，那么B=1,否则B=0 如果u u βα--3 ＞0，那么C=1,否则C=0 1.3 每个扇区中基本矢量作用时间的计算在确定参考电压矢量的扇区位置后，根据伏秒特性等效原理，采用该扇区三个顶点所对应的三个电压空间矢量来逼近参考电压矢量。以参考电压矢量位于3扇区为例，如图1.3所示，参考电压U ref 与U 4的夹角为γ。 β 1 4 图1.3 电压空间矢量合成示意图根据伏秒特性等效原理算出 () ???? ? ? ? ?? ????--==-=T T T T V T u T V T u u T s dc s ref dc s ref ref 21021 33321 β β α （1.3）

基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究

计算机辅助工程设计课程设计与报告题目：基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究

基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究第一章绪论 1.1课题背景及研究意义当今社会，资源、环境和能源问题仍困扰着世界的发展。对此，各国对开发利用新型能源、使用清洁能源的需求日益迫切，尤其是中国，地广人多，是能源消耗大国。目前，国内更多的依靠火电、水电和核聚变发电来供电。然而火电生产排放大量的硫化物、粉尘等严重污染空气，影响气候变迁，其来源化石能源也将消耗殆尽；水电建设成本高，资源有限，还会给江河系统造成不可逆的破坏；核电在安全方面有缺陷，一旦核泄漏，将给环境造成毁灭性的破坏，日本福岛核泄漏事故就是一个活生生的例子。因此，人类不得不寻求更加清洁、安全的替代能源。进入21世纪后，各国政府都在大力鼓励研究清洁可再生能源，太阳能、风能、地热能、潮汐能等环境能量开发技术获得快速发展，其中尤以风能和太阳能应用最多。由于我国资源分布不均衡，有些地方如内蒙古、沿海，有的地方太阳能蕴藏量大，如西藏，但这些地方发出的电当地并不能完全消纳，而其他一些地区则因负荷过重而缺电，因此将电资源丰富的地方发出的电并入电网是明智之举。然而，分布型电能并入电网需要做到与电网同频同相同幅值，目前并网技术成为了新能源发电的瓶颈技术。因此，本文通过从并网逆变器的设计着手研究新能源并网技术，具有一定实际意义。 1.2 并网标准新能源发电并入电网的电能必须满足以下3个条件[5]：（1）电压幅值：纹波幅值≤10%。（2）频率：频差≤0.3Hz[1]。（3）相位相同，相序相同，且相位差≤20°。表1-1 并网标准化指标

三相光伏并网逆变器的设计

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％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器

(完整版)三相SPWM逆变器仿真

三相SPWM逆变器仿真一、原理分析 1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数，脉宽调制（PWM）可分为单脉冲调制和多脉冲调制；按照输出电压脉冲宽度变化规律，PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制（SPWM）。等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高，为了使输出电压波形中基波含量增大，应选用正弦波作为调制信号u R。这是因为等腰三角形的载波u T上、下宽度线性变化，任何一条光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。而且在三角载波u T不变条件下，改变正弦调制波u R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期；改变正弦调制波u R的幅值，就可改变输出脉冲的宽度，进而改变u D中基波u D1的大小。这就是正弦脉宽调制（sine pulse width modulated,SPWM）。 2、正弦脉宽调制方法（此处仅介绍了采样法） SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图：图—1 上图为一三相电压源型PWM逆变器，VT1~VT6为高频自关断器件，VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管，为负载感性无功电流提供通路。两个直流滤波电容C串联接地，中点O’可以认为与三相Y接负载中点O等电位。逆变器输出A、B、C三相PWM电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行，即PWM的调制方式。假设逆变电路采用双极性SPWM控制，三相公用一个三角形载波u T,三相正弦调制信号u RA、u RB、u RC互差120o,可用A相来说明功率开关器件的控制规律，正如下图中所示。当u RA>u T时，在两电压的交点处，给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号，则A相与电源中点O’间的电压u AO’=E/2。当u RA

三电平光伏并网逆变器和仿真

三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制策略研究发布:2018-09-07 | 作者: | 来源: mahuaxiao | 查看:436次 | 用户关注：摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进,调整了有效矢量的选择范围,并对开关次序进行优化。该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。1引言目前,多电平变流器以其突出的优点在高压大摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进, 调整了有效矢量的选择范围, 并对开关次序进行优化。该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。 1 引言目前, 多电平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用,它不仅能减少输出波形的谐波，也易于进行模块化设计[1, 2]。二极管中点箝位式(NPC>三电平拓扑结构即是高压大功率变频器的主流拓扑结构之一[3] 。然而在三电平变流器的应用中, 也出现了一些问题，特别是共模电压问题。目前，变频器共模电压的抑制方法主要有两种：一是外加无源滤波器等，或有源滤波器[4-6]，这类方法会导致体积和成本显著增加，且不易应用于高压大容量场合；二是通过控制策略从源头减小共模电压，文献[7]、[8]提出一种SPWM消除共模电压的调制方法。该方式是通过异相调制来消除开关共模电压,但是存在直流电压利用率低、线性调制区过小的问题。针对SPWM调制的电压利用率低、不利于运用于各种调制比工况下的缺点，本文从三电平逆变器共模电压形成机理出发，提出了一种基于优化电压空间矢量(SVPWM>方法, 可有效抑制三电平逆变器输出共模电压。并通过 Matlab/Simulink软件对该方法进行了仿真验证, 结果表明效果良好。 2 光伏三电平逆变器及其共模电压本文研究的三电平光伏逆变器系统如图1所示。其输入为光伏阵列的直流电压，逆变器主拓扑为NPC三电平结构。设直流母线电压的幅值为Vdc,用开关状态字“1”,“0”和“-1”分别表示逆变器每相输出为+Vdc/2、0和-Vdc/2的三种状态,则三相三电平逆变器总共有27种不同的开关状态。根据幅值和相位可以画出三电平逆变器的电压空间矢量图，具体如图2所示。

基于MATLAB的三相桥式PWM逆变电路资料

交流调速系统课程设计题目：三相桥式SPWM逆变器的仿真设计班级：0 姓名：学号：指导老师：

目录摘要 (2) 关键词 (2) 绪论 (2) 三相桥式SPWM逆变器的设计内容及要求 (3) SPWM逆变器的工作原理 (3) 1 工作原理 (5) 2 控制方式 (6) 3 正弦脉宽调制的算法 (9) MATlAB仿真设计 (12) 硬件实验 (19) 实验总结 (23) 附录 Matab简介 (24) 参考文献 (24)

三相桥式SPWM逆变电路设计摘要：随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本实验针对正弦波输出变压变频电源SPWM调制方式及数字化控制策略进行了研究，以SG3525为主控芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。关键词：逆变器SPWM逆变器的工作原理正弦脉宽调制的调制算法单极性正弦脉宽调制双极性正弦脉宽调制自然采样法规则采样法双极性正弦波等面积法一、绪论正弦逆变电源作为一种可将直流电能有效地转换为交流电能的电能变换装置被广泛地应用于国民经济生产生活中,其中有:针对计算机等重要负载进行断电保护的交流不间断电源UPS (Uninterruptle Power Supply) ;针对交流异步电动机变频调速控制的变频调速器;针对智能楼宇消防与安防的应急电源EPS ( Emergence Power Supply) ;针对船舶工业用电的岸电电源SPS(Shore Power Supply) ;还有针对风力发电、太阳能发电等而开发的特种逆变电源等等.随着控制理论的发展与电力电子器件的不断革新,特别是以绝缘栅极双极型晶体管IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)为代表的自关断可控型功率半导体器件出现,大大简化了正弦逆变电源的换相问题,为各种PWM 型逆变控制技术的实现提供了新的实现方法,从而进一步简化了正弦逆变系统的结构与控制. 电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。 IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它

光伏并网逆变器一个有效的反孤岛解决方案

反孤岛解决方案 1. 孤岛效应所谓孤岛效应，是指当电力公司因故障或停电维修而停止供电时，用户端的并网逆变器系统仍处于工作状态，使得并网逆变器和周围的负载形成了电力公司无法控制的自供电网络。光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果：（1）电网无法控制孤岛中的电压和频率，若电压和频率超出允许的范围，可能对用户的设备造成的损坏；（2）若负载容量大于光伏发电系统的容量，光伏发电系统过载运行，易被烧毁；（3）与光伏发电系统连接的电路仍会带电，对检修人员造成危险，降低电网的安全性；（4）对孤岛进行重合闸操作时会导致该线路再次跳闸，还有可能损坏光伏发电系统和其他设备。因此，光伏并网逆变器具有孤岛检测和反孤岛的功能是很有必要的。 2. 孤岛检测检测孤岛效应的方法有很多种，主要分为两种：被动检测和主动检测。被动检测就是光伏并网逆变器检测与电网连接处的电网电压或频率的异常来检测孤岛效应。主动检测是有意的引入一些扰动信号，来监控系统中的电压、频率和阻抗的相应变化，以确定电网的存在与否。比较被动检测和主动检测的区别，被动检测的软件实现比较简单，但是检测范围有限，无法满足并网发电系统反孤岛保护安全标准的要求，因此我们选择用主动检测的方法；而主动检测可以使孤岛检测的盲区尽可能的小，孤岛检测比较有效，但是软件实现比较复杂，并且会使并网发电系统的发电效率有所降低。国际上对反孤岛检测方案和响应时间没有明确的规定， IEEE Std.929[2]和IEEE Std.1547[3]根据孤岛效应发生时的具体情况推荐了不同的孤岛效应检测时间。表1为IEEE Std.1547[3]允许的孤岛效应检测时间。 n n n f 指电网电压的频率值。对于中国的单相市电，n f 为50Hz 。

根据SVPWM三相并网逆变器仿真报告

基于SVPWM三相并网逆变器仿真报告

目录 1. SVPWM逆变器简介 (1) 2. SVPWM逆变器基本原理 (2) 2.1. SVPWM调制技术原理 (2) 2.2. SVPWM算法实现 (5) 3. SVPWM逆变器开环模型 (11) 3.1. SVPWM逆变器开环模型建立 (11) 3.2. SVPWM逆变器开环模型仿真分析 (14) 4. SVPWM逆变器闭环模型 (16) 4.1. SVPWM逆变器闭环模型建立 (16) 4.2. SVPWM逆变器闭环模型仿真分析 (17)

1.SVPWM逆变器简介三电平及多电平空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)法是建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。它以三相正弦交流参考电压用一个旋转的电压矢量来代替，通过这个矢量所在位置附近三个相邻变换器的开关状态矢量，利用伏秒平衡原理对其拟和形成PWM波形。空间矢量调制方法在大范围调制比内有很好的性能，具有很小的输出谐波含量和较高的电压利用率。而且这种方法对各种目标的控制相对容易实现。 SVPWM技术源于三相电机调速控制系统。随着数字化控制手段的发展，在UPS/EPS、变频器等各类三相PWM逆变电源中得到了广泛的应用。与其他传统PWM技术相比，SVPWM技术有着母线电压利用率高、易于数字化实现、算法灵活便于实现各种优化PWM技术等众多优点。

2. SVPWM 逆变器基本原理 2.1. SVPWM 调制技术原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加，这样通过控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，就可以使逆变器输出近似正弦波电压。 SVPWM 实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合，这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。实践和理论证明，与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比，SVPWM 的优点主要有： (1) SVPWM 优化谐波程度比较高，消除谐波效果要比SPWM 好，实现容易，并且可以提高电压利用率； (2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势，所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为： a m b m c m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ? ?=? ? =-?? ? =+?? (2.1)