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基于独立光伏系统的三相三电平逆变器_张建功

基于独立光伏系统的三相三电平逆变器*

张建功,刘邦银,段善旭,康勇

(华中科技大学,武汉430074)

摘要:为给二级能量变换结构的光伏电厂提供高效后级逆变器,设计和实现了一台12kV A逆变器。主电路采用中点位式三电平结构,以IGBT作为主开关器件,以重复控制与瞬时值反馈控制相结合的控制策略产生SPW M 波,利用重复控制抑制非线形负载下的电压畸变,利用瞬时值反馈控制改善系统的动态响应过程,输出级采用L C 滤波器减少输出电压u的谐波及d u/d t,采用软硬件相结合的限流保护方法。装置实验表明,这种逆变器效率和输出波形质量高。

关键词:光伏系统;三电平逆变器;SPWM调制;重复控制;瞬时值反馈控制

中图分类号:T M464文献标识码:A文章编号:1003-6520(2006)11-0103-04

Three-phase Three-level Inverter Based on S tand-alone Photovoltanic System

ZH AN G Jiang ong,LIU Bang yin,DUAN Shanxu,KANG Yong

(H uazhong University of Science and T echno logy,W uhan430074,China)

Abstract:Solar energ y is one of t he most clean and r ich source in nature,almost all states make their best endeavo rs to ex plo it it and build many pho tovo lta ic plants,the inver ter is an import ant ingr edient of the PV system,high qua-l ity o utput vo ltag e wav efo rm is requir ed for the inver ter,the design and implementatio n of a12kV A inver ter applied to stand-alone PV system is pr oposed in this paper.T he main cir cuit str ucture of the inver ter is based on neutral po int clamped three-level inv erter using IGBT,T he trig g er impulse sequence to each of the invert er br idg e ar ms is giv en alone and its phase contr ast is120degr ee to implement mult-i mo del supply.T he amplitude fr equency charac-ter istic of t he contr olled object is dr awn by ex periment and its mat hematic model is der ived with the load cur rent treated as a measurable distur bance input.T o achiev e nearly sinuso idal output vo ltag e ev en w ith nonlinear loads and abr upt load variation,the SP WM mo dulat ion based o n repet itiv e contro l and instantaneous feedback contro l is em-plo yed for the inv erter,r epetit ive contro l is used to reduce voltage distor tio n under nonlinear loads,and instant ane-o us contro l is designed to quicken the dynamic respo nse pr ocess under abr upt lo ad var iatio n,the co nt roller parameter is designed and obtained by M A T L A B.T he output harmo nics and dv/dt is depressed by L C filter,t he cur rent-limit-ed met ho d combining so ftw are w ith ha rdw ar e is ado pted.Va rio us tests have pro ved v er acity of the contr olled object, ratio na lit y of the contro ller parameter,the hig h level of output v oltage wav efor m quality and efficiency o f the insta-l latio n.

Key words:photo vo ltanic system;thr ee-level inver ter;SP WM modulatio n;r epetitive contro l;instantaneo us feed-back co ntr ol

0引言

我国有着十分丰富的太阳能资源,据估算全国年平均太阳能电力为1700T Wh[1],为目前装机容量的多倍,且太阳能发电清洁、无污染,在我国有着十分广阔的前景。

太阳光照受时间和地域的限制,为满足用户的需要,在一些偏远地区,一般建造带储能二级能量变换结构的独立光伏电厂[2,3]。前级DC/DC实现最大功率跟踪,后级DC/AC实现逆变。由于前级效率一般只能达到80%~90%[4],所以要求后级逆变器必须达到较高的效率。多电平逆变器开关管承受电压应力小,开关损耗小,输出电压谐波含量低,效率高。文中介绍一台12kVA独立光伏系统的三相三电平逆变器的设计,要求装置输出总谐波系数[ 2%,额定阻性负载下效率\94%。逆变器的控制系统基于重复控制和瞬时值反馈控制[5-10]。

1主电路结构

1.1物理模型

图1是电压型中点钳位(npc)三电平逆变器的主电路拓扑,C1、C2组成直流电压分压环节,逆变器每相桥臂有4个开关管T1~T4(反并联4个续流二极管)和2个钳位二极管D5、D6。每个桥臂有

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第32卷第11期2006年11月

高电压技术

H igh Voltag e Engineering

Vol.32No.11

Nov.2006

*台达电力电子教科发展基金重点资助项目(编号:DRE K200501)

P 、0和N3种状态。以A 相为例,具体表示为:T 1,T2关断,T 3,T 4导通,U A O =-U D /2,定义为N 态;T1,T4关断,T2,T3导通,U AO =0,定义为0态;T1,T2导通,T3,T4关断,U AO =U D /2,定义为P

态。

图1 采用IGBT 的中点钳位三电平结构Fig1 Structure of neutral point clamped three -level

inverter based on IGBT

由于用户的多样性,光伏系统逆变器常运行在不平衡负载状态,为抑制不平衡负载对输出电压的影响,对三电平逆变器采取单相独立控制。三电平PWM 控制方法主要有载波层叠法、载波移相法、空间电压矢量法和优化PWM 法等[11-14]

。它们各有优缺点,文中采用原理简单、实现方便且特别适用于二极管钳位型多电平的载波层叠法。A 相4个开关管触发脉冲产生的情况见图2:u c1、u c2为两交替反相的载波,关于X t 轴对称,u r 为正弦调制波,经调制后产生的触发脉冲分别为T g1、Tg 2、T g3和Tg4,其中Tg 1和Tg 3、T g2和Tg 4互补,Tg 1和Tg 4脉冲相差180b 。B 、C 相触发脉冲除相位相差120b 外其余相同。该功能由T MS320F2810控制芯片中事件

管理器的比较单元来实现。

图2 三电平A 桥臂开关管触发脉冲Fig.2 Trigger pulse of switching tube in bridge A

of the three -level inverter

逆变器电路基波频率f 1=50H z,载波频率f

=12kH z,滤波电感L =2mH ,滤波电容C =10L

F,死区时间2L s 。

1.2 数学模型

逆变电源的动态特性决定于输出LC 滤波器,可认为输出三相滤波器即控制对象,实际都采用对称结构,各相滤波器参数一致,且三相独立控制,故可取单相进行分析,其等效电路模型见图3[15],等效电阻R o 由线路阻抗、滤波电感电阻、开关损耗、死区等产生,L 为滤波电感,C 为滤波电容,i o 是负载扰动,u i 为逆变桥输出电压,u o 为电容电压。逆变器负载可能为非线性负载,建模时将负载电流i o 处理为扰动输入,这样所接负载的非线性仅体现在扰动量的任意性上,而逆变器模型为二阶线性模型。根据基尔霍夫定律对图3列方程,整理后得到控制

对象传函为:P(s)=1/(s 2

L C +sR o C +1)。

图3 单相等效电路模型

Fig.3 Equivalent circuit of single phase

由于实测R o 很难,可通过实验直接测取控制对象的幅频特性,将其与二阶系统对比来获得。将三相逆变电源实测的幅频特性绘制在波特图

4中,与之最为接近的二阶系统为:

P (s)=68002/(s 2+2@0.045@6800@s +68002),

其截止频率为6800rad/s,阻尼比为0.045,R o U 18。在12kH z 采样频率下的离散形式为:

P(z )=(0.1537z +0.1511)/(z 2-1.646z +0.9503)。

图4 逆变器的幅频特性

Fig.4 Am plitude f requency characteristics of the inverter

2 控制与保护2.1 控制器的设计

为获得良好的输出电压波形,须对逆变电源的输出电压进行闭环控制,控制框图见图5,采用重复

控制加瞬时值反馈控制。

常用改进型重复控制器见图6,其中Q(z )=0.95,z -N 为周期延时环节,C(z )=K r z k S (z )为补偿器。比例项K r 为重复控制增益;z k 为超前环节,

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H igh Voltage Engineering

Vol.32No.11

实现相位补偿;滤波器S(z )抵消控制对象较高的谐振峰,可用一陷波器和一二阶滤波器同时作用来满足要求。根据控制对象的幅频特性,陷波器为S 2(z )=(z 5

+2+z -5

)/4。二阶滤波器S 1(z )截止频率取7000rad/s,阻尼比为1,离散形式为:S 1(z )=(0.0446z +0.0357)/(z 2-1.433z +0.5133)

。

图5 逆变器控制系统框图

Fig.5 Control system diag ram of the

inverter

图6 重复控制系统框图

Fig.6 System diagram of repetitive control

补偿器的幅频特性见图7,其中K r =1,a 、c 、b 分别为控制对象P (z )、二阶滤波器S 1(z )、P (z )#S 1(z )的幅频特性,d 、e 分别为滞后环节z -k 、陷波器的幅频特性。从图中超前4拍时z -k 的幅频特性可见中低频段d 的相角几乎与b 重合,重复控制能较强地抑制该段范围内的谐波;S (z )=S 1(z )#S 2(z )

使谐振峰为负值,

高频段则迅速衰减。

图7 补偿器幅频特性

Fig.7 Amplitude frequency cha racteristics of the co mpensator

为减小输出量对指令跟踪速度的限制,一般设置了指令的前馈通道。

重复控制是逐周期地修正输出电压波形,故系

统动态性能较差,如在重复控制基础上并联一个瞬

时值反馈控制器,则系统的动态性能将大为改善。

为了使瞬时值反馈控制器稳定,使用了一个超前环节,提高系统的截止频率,增大相位裕量。瞬时值反馈控制器T(s)如下式所示:

T (s)=0.2(1+0.00024s)/1+(0.00004s)。在12kH z 采样频率下,其离散形式为:

T (z )=0.2(6z -5.125)/(z -0.1245)。图8a 、b 分别为原系统P (z )和加入瞬时值反馈P (z )T (z )后的幅频特性图的幅频特性。实用时可串连一小惯性环节抑制高频噪声。

图8 P(z)和P(z)T(z)幅频特性图

F ig.8 Am plitude frequency characteristics of P(z)and P (z)T(z)

2.2 过流保护

该装置采用硬件和软件相结合的保护措施。当检测到峰值电流超过滞环比较器设定上限值时,从硬件上将各路驱动脉冲强制拉为低,封锁正在导通的开关管,使电路进入续流状态;当电流降到滞环比较器下限值,驱动脉冲又重新起作用,使电流上升,强迫电路又起作用。软件上用过载限时的方法,使其具有输出110%额定功率历时30min 、150%额定功率历时2m in 的过载能力。实验证明这种保护策略可使装置有很好的短路和过载保护能力。3 试验结果

试验用T I 公司TM S320F2810为控制芯片,直流输入电压U d =750~800V ,输出电压220V 、50H z,IGBT 为M G100J1BS11,输出容量12kVA 。

在装置上分别作了空载、突加满载和带整流性负载实验,测得的输出电压波形如图9~11,可知动态响应瞬变范围较小、恢复时间较短。在额定线性负载下,总谐波系数TH D 为1.58%,用功率测试仪测得整机效率为95.2%[16](U d =750V 和额定阻性负载下,效率G =3UI /U d I d ,其中I d 为直流输入电流,U 、I 分别为三相平均线电压、线电流)。装置的谐波含量和效率均达到了设计要求。

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第32卷第11期

图9 空载时A 、B 相输出电压波形Fig.9 Output voltage waveform of phase A and B for no -load

图10 突加额定线性负载时A 、B 相

输出电压波形

Fig.10 Output voltage waveform of phase A and B for rated linearity load

图11 带整流型负载时A 相输出的

电压、电流波形

Fig.11 Output voltage and circuit wavef orm of phase A for rectified load

4 结论

采用重复加瞬时控制的三电平逆变器输出波形谐波系数低,波形质量高,具有低成本、高效率和高可靠性,很适合作为10~20kVA 两级能量变换结构光伏系统的后级逆变器。

参

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1993.

张建功

张建功 1975),硕士生,从事电力电子电与电力传

动研究。电话:(027)87445900;E -m ai l:jg -zhang1031@163.co m

刘邦银 1979),博士生,从事电力电子电与电力传

动研究。

段善旭 1970),博导,从事电力电子电与电力传动

研究。

收稿日期 2005-12-20 编辑曹昭君

(上接第77页)

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关志成

关志成 1944),男,教授,博导,研究方向为高电压

与绝缘技术以及电工与环境、材料、生命科学等交叉学科领域的研究。电话:(0755)26036118;E -m ail :guanzc @t si ng https://www.wendangku.net/doc/9a18547936.html,

麻敏华 1982),女,硕士生,研究方向为高电压外绝

缘及导线电晕的研究。电话:(0755)26036423;E -m ai l:mm i nhua00@ma i ls.tsing https://www.wendangku.net/doc/9a18547936.html,

惠建峰 1979),男,博士生,研究方向为气体放电理

论和检测技术。电话:(0755)26036693;E -ma i l:huijf02@https://www.wendangku.net/doc/9a18547936.html,

收稿日期 2006-07-28 编辑蔡爱姣

#106#Nov.2006

H igh Voltage Engineering Vol.32No.11

单机版-研旭光伏并网逆变器说明书_图文(精)

研旭光伏并网逆变器 YXSG-2.5KSL , YXSG-3KSL , YXSG-5KSL 安装使用手册目录 1、安全说明 (3) 2、产品描述 (5) 2.1光伏并网系统 .................................................................................................................... 6 2.2电路结构 ............................................................................................................................ 7 2.3特点 . .. (7)

2.4逆变器外观描述 (8) 3、安装 .......................................................................................................................................... 10 3.1 安装须知 ......................................................................................................................... 10 3.2 安装流程说明 .. (11) 3.3安装准备 .......................................................................................................................... 12 3.4 选择合适的安装场地 ..................................................................................................... 12 3.5 安装逆变器 (14) 3.6 电气连接 (14) 4、 LCD 操作说明 . ......................................................................................................................... 21 4.1 按键功能说明 .. (21) 4.2 界面介绍 (22) 5、故障排除 (27) 5.1 初始化失败 ..................................................................................................................... 27 5.2 LCD 显示故障 (27)

太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法

2015年6月15日 22:28 太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1引言：随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。太阳能的利用分为"光热"和"光伏"两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的"光生伏打现象"。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2并网型光伏系统结构图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。

三电平逆变器的主电路结构及其工作原理

所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。三电平逆变器的工作原理以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2; 若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图

随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。在光伏并网系统中，并网是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC 两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。图1 光伏并网系统结构图逆变器的设计太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。

图2 逆变器原理框图控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。图1 光伏并网系统结构图图3 控制矢量图在网压Vac(t)为一定的情况下，IN(t)幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量Vs(t)的幅值，及其与网压Vac(t)的相位差来决定。改变Vs(t)的幅值和相位就可以控制输入电流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽略不计得到如图3b所示的简化矢量三角形关系，即下式： (2) 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式： (3)式中K= L/TC，TC为载波周期。从该模型即可以得到本系统所采用的图4所示的控制框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。

(完整版)三电平逆变器的主电路结构及其工作原理

三电平逆变器的主电路结构及其工作原理所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。三电平逆变器的工作原理以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2; 若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。

“1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从O点顺序流过箱位二极管D a1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管D a2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。 (3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。

三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真_陶生桂

收稿日期:2004-02-24 作者简介:陶生桂(1940-),男,江苏常熟人,教授,博士生导师.E 2mail :hb9139@https://www.wendangku.net/doc/9a18547936.html, 三电平逆变器中点电位平衡电路的设计与仿真陶生桂,龚熙国,袁登科 (同济大学沪西校区电气工程系,上海　200331) 摘要:多电平逆变器在中高压大功率场合得到了广泛的研究和应用.二极管中点箝位三电平逆变器是一种简单实用的多电平逆变器,但是三电平逆变器直流侧中点电位偏移问题影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性.为此提出了一种用于三电平逆变器中点电位平衡的硬件电路,详细介绍了其工作原理以及参数设定,并用Matlab/ Simulink 仿真工具对系统进行了研究,给出了较好的仿真结果. 关键词:三电平逆变器;中点电位平衡;二极管箝位中图分类号:TM 464 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2005)03-0395-05 Design and Simulation of Novel Circuit for Neutral 2Point Voltage Balance in Three 2Level Inverter TA O S heng 2gui ,GON G Xi 2guo ,Y UA N Deng 2ke (Department of Electrical Engineering ,Tongji University West Campus ,Shanghai 200331,China ) Abstract :The multilevel inverter has been studied and used widely in high power applications for medium or high voltage.Diode 2clamped three 2level inverter is a simple and practical kind of inverter.But the deviation of neutral point voltage is one of the key aspects that affects the reliability of the three 2level inverter and its electric drive system.This paper presents a novel circuit for neutral 2point voltage balance in the three 2level inverter.The operation principle and parameters setting are analyzed in detail.Simulation results based on Matlab/Simulink are supplied to confirm the validity of the pro 2posed circuit. Key words :three 2level inverter ;neutral 2point voltage balancing ;diode 2clamped 近几年来,多电平逆变器成为人们研究的热点课题.三电平逆变器是多电平逆变器中最简单又最实用的一种电路.三电平逆变器与传统的两电平逆变器相比较,主要优点是:器件具有2倍的正向阻断电压能力,并能减少谐波和降低开关频率,从而使系统损耗减小,使低压开关器件可以应用于高压变换器中[1].但是三电平逆变器控制策略复杂,并要考虑中点电位平衡的问题.若逆变器直流母线上串联的2个电容的中点电压出现偏移,将引起三电平逆变器输出电压波形发生畸变而增大谐波及损耗[2].抑制三电平逆变器中点电位偏移的方法有硬件和软件两类.从软件出发将会增加控制的复杂性.笔者提出了一种抑制三电平逆变器中点电位偏移的硬件电路的实现方法.详细介绍了其工作原理和电路设计, 第33卷第3期2005年3月同济大学学报(自然科学版) JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY (NATURAL SCIENCE )Vol.33No.3 　Mar.2005

毕业设计-单相光伏并网逆变器的控制原理及电路实现

第一章绪论 1.1 光伏发电背景与意义作为一种重要的可再生能源发电技术，近年来，太阳能光伏(Photovoltaie，PV)发电取得了巨大的发展，光伏并网发电已经成为人类利用太阳能的主要方式之一。目前，我国已成为世界最大的太阳能电池和光伏组件生产国，年产量已达到100万千瓦。但我国光伏市场发展依然缓慢，截至2007年底，光伏系统累计安装100MWp，约占世界累计安装量的1％，产业和市场之间发展极不平衡。为了推动我国光伏市场的发展，国家出台了一系列的政策法规，如《中华人民共和国可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源十一五发展规划》等。这些政策和法规明确了太阳能发电发展的重点目标领域。《可再生能源中长期发展规划》还明确规定了大型电力公司和电网公司必须投资可再生能源，到2020年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例要达到3％以上。对于这一目标的实现，光伏发电无疑会起到非常关键的作用。当下，我国地方和企业正积极共建兆瓦级以上光伏并网电站，全国已建和在建的兆瓦级并网光伏电站共11个（2008年5月前估计），典型的如甘肃敦煌10MW 并网光伏特许权示范项目，青海柴达木盆地的1000MW大型荒漠太阳能并网电站示范工程，云南石林166MW并网光伏实验示范电站。可以预见，在接下来的几年里，光伏并网发电市场将会为我国摆脱目前的金融危机提供强大的动力，光伏产业依然会持续以往的高增长率，光伏市场的前景仍然令人期待。光伏并网发电系统是利用电力电子设备和装置，将太阳电池发出的直流电转变为与电网电压同频、同相的交流电，从而既向负载供电，又向电网馈电的有源逆变系统。按照系统功能的不同，光伏并网发电系统可分为两类：一种是带有蓄电池的可调度式光伏并网发电系统；一种是不带蓄电池的不可调度式光伏并网发电系统。典型的不可调度式光伏并网发电系统如图1-1所示。

一文看懂光伏逆变器工作原理!

一文看懂光伏逆变器工作原理！工作原理及特点工作原理：逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。特点： (1)要求具有较高的效率。由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 (2)要求具有较高的可靠性。目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 (3)要求输入电压有较宽的适应范围。由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在 10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。光伏逆变器分类有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原

理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。 1、集中型逆变器集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。

光伏并网逆变器的电流锁相改进方案及实现

光伏并网逆变器的电流锁相改进方案及实现摘要：基于光伏发电并网逆变器控制中电流锁相的重要性和复杂性，提出了带预锁相和遗忘算法的电流锁相方案，该方案可采用硬件锁相和软件锁相两种方式实现。建立了以MC56F8345 型DSF 为控制核心的PWM 逆变器数字化并网实验平台，对改进后的电流锁相方案进行验证。实验结果表明，该方案很好地实现了逆变器输出电流与电网电压的同步锁相控制，且输出电流的幅值、相位、频率均符合控制要求，可稳定、可靠地并网发电，并能实现网侧单位功率因数。关键词：光伏发电；并网逆变器；电流锁相1 引言在光伏发电系统中，并网逆变器输出电流的控制十分重要。有效控制逆变器输出电流可实现网侧功率因数可调。控制电流时，电流锁相十分关键，必须对电网电压的频率和相位进行实时检测，并以此控制逆变器输出电流与电网电压保持同频同相，即同步锁相。若不能稳定、可靠地锁相，则在逆变器与电网连接(并网)过程中会产生很大的环流，对设备造成冲击，缩短设备使用寿命，严重时还会损坏设备。因此，研究光伏发电并网逆变器电流锁相改进方案及数字化实现具有现实意义。 2 光伏并网逆变器电流矢量控制策略光伏发电并网系统结构框图如图1 所示。图中上半部分为系统主电路，下半部分为系统控制电路。控制过程如下：根据PV 的输出电压、电流，由MPPT 算法获得Ud 参考值，与Ud 实际值比较后经电压调节器得到有功电流(d 轴电流)参考值。φ*为给定功率因数角，为无功电流(q 轴电流)参考值。若要求单位功率因数，则φ*=0，=0。电流闭环控制通常采用电流矢量控制。图2 示出电流矢量控制的矢量关系图。 u，i．e 分别为逆变器输出电压、输出电流和电网电压的空间矢量。旋转坐

[三电平逆变器的主电路结构及其工作原理]三电平逆变器工作原理

[三电平逆变器的主电路结构及其工作原理]三电平逆变器工作原理三电平逆变器的主电路结构及其原理所谓三电平是指逆变器侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT 开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。三电平逆变器的工作原理以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+Vdc/2;若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1

充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+Vdc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。 “1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从O点顺序流过箱位二极管Da1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管Da2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。 (3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-Vdc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-Vdc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。三电平逆变器工作状态间的转换

三电平逆变电路硬件设计

毕业设计(论文)开题报告题目：三电平逆变器硬件电路设计与仿真院（系）电信学院专业电气工程及其自动化班级050413 姓名张天东学号050413124 导师毕雪芹 2009年3 月5 日

毕业设计（论文）开题报告

参考文献 [1] 张杰，邹云屏，张贤，丁凯.二极管箝位式三电平控制策略研究[D].武汉:华中科技大学,2002. [2] Yo-Han Lee, et al. A Novel PWM Scheme for a Three-Level V oltage Source Inverter with GTO Thyristors[J] IEEE Transactions on Industry Applications, V ol. 32, No.2, March/April. 1996 [3] 刘凤君正弦波逆变器[M]. 北京:科学出版社,2002 [4] 倪红基于SVPWM的中频变频器的研究[D].上海:东华大学,2000.

[5] 王长兵三电平逆变器SVPWM控制算法的研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学,2002 [6] 易荣, 吴浩烈.三电平逆变器异步电机空间矢量控制技术与仿真研究[A]. [7] 吴守箴，臧英杰.电气传动的脉宽调制控制技术[M].北京:机械工业出版社,1998 [8] 李夙. 异步电机直接转矩控制技术[M]. 北京:机械工业出版社,1998 [9] 钟彦儒，高永军，曾光采用空间电压矢量PWM方法三电平逆变器研究[J].电力电子技术,2000,1:10-13 [10] Fei Wang, et al. Sine-Triangle versus Space-Vector Modulation for Three-Level PWM V oltage-Source Inverters[J] IEEE Transactions on Industry Application, V ol.38, No.2, March/April. 2002 [11] https://www.wendangku.net/doc/9a18547936.html,/matlabintro.htm [12] https://www.wendangku.net/doc/9a18547936.html,/ruanjian/ruanjian000001.html [13] 胡兵三电平逆变器中点控制策略的研究[D].上海:同济大学,2002. [14] 康劲松三电平逆变器交流传动系统及其控制策略[D].上海:同济大学,2003.

光伏并网逆变器设计方案讲解

100kW光伏并网逆变器设计方案目录 1. 百千瓦级光伏并网特点 (2) 2 光伏并网逆变器原理 (3) 3 光伏并网逆变器硬件设计 (3) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路参数 (7) 3.2.1 变压器设计............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 电抗器设计 (7) 3.3 硬件框图 (10) 3.3.1 DSP控制单元 (11) 3.3.2 光纤驱动单元 (11) 3.3.2键盘及液晶显示单元 (13) 3 光伏并网逆变器软件 (13)

1. 百千瓦级光伏并网特点 2010年全球太阳能光伏发电系统装机容量将达到10000MWp（我国将达到400MWp），2010年以后还将呈进一步加速发展趋势。百千瓦级大型光伏发电并网用逆变控制功率调节设备，成本低，效率高，容量大，被国内外光伏界公认为是适合大功率光伏发电并网用的最具技术含量、最有发展前景的新一代主流产品，直接影响到未来光伏发电的走向。百千瓦级大功率光伏并网逆变电源其应用对象主要为大型光伏并网电站，从原理上讲，其并网控制技术与中小功率光伏并网系统的控制技术基本相同，但由于装置容量较大，在技术指标的实现达标和功能设计方面却有较大区别。在技术指标上，主要会影响： 1.并网电流畸变率在系统的额定容量达到一定数量级时，一些存在的技术问题将会逐步暴露并影响到系统的性能指标，其最重要的一点就是并网电流波形畸变率的控制和电流滤波方式。该系统中的主变压器一般选择为三相Δ/Y型式，且容量较大，此时变压器的非线性和励磁电流对并网电流波形的影响不容忽视，否则会引起并网电流波形的明显畸变和三相电流不平衡。 2.电磁噪声由于是三相桥式逆变结构，受IGBT功率模块的开关频率限制及考虑系统的效率指标，系统的电流脉动要远高于中小功率系统，对电流的滤波和噪声控制需要特别注意，此时对系统的滤波电路设计和并网电流PWM控制方式的研究至关重要。由于系统的dv/dt、di/dt和电流幅值较大，其EMI和EMC的指标实现可能存在技术难度，由于系统的噪声可能影响其电流、功率的检测和计算精度，在最大功率跟踪和孤岛效应识别等方面的影响还难以预计。在技术指标上，主要考虑： 1)主电路工艺结构设计 2)散热工艺结构设计 3)驱动方式设计

三电平逆变器的主电路结构及其工作原理

三电平逆变器的主电路结构及其工作原理 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

三电平逆变器的主电路结构及其工作原理所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压 (+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。三电平逆变器的工作原理以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压 U=+V dc/2;若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图概要

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。图1 光伏并网系统结构图

逆变器的设计太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。图2 逆变器原理框图

控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。

三相光伏并网逆变器及控制系统的设计

三相光伏并网逆变器及控制系统的设计发表时间：2019-01-16T11:17:41.947Z 来源：《防护工程》2018年第31期作者：任婧玮汪子涵[导读] 现在新能源的开发与使用逐渐受到了世界各国的关注，解决新能源需求、环境保护及经济发展之间的互锁关系日益成为世界各国的头等难题。国网安徽省电力有限公司濉溪县供电公司安徽淮北 235100 摘要：本文介绍了基于L型滤波器三相光伏并网逆变器的主电路拓扑结构。在该拓扑结构数学模型的基础上，设计了三相光伏并网逆变器双闭环控制系统的结构。选择电压电流双闭环PI控制及SVPWM调制策略，通过实验分析验证系统的可靠性和实用性。关键词：逆变器；PI控制；SVPWM 0 引言现在新能源的开发与使用逐渐受到了世界各国的关注，解决新能源需求、环境保护及经济发展之间的互锁关系日益成为世界各国的头等难题。太阳能作为技术含量最高、最有发展前景的新能源，具有普遍、无害性、巨大以及长久等优点[1-3]。太阳能发电系统包括光伏电池发电装置与变换器装置，系统输出的电能供给用户负载使用。而并网逆变器作为光伏并网发电的核心，对其进行控制策略的研究具有很高的现实意义[4-6]。本文以两级式非隔离三相并网逆变器的拓扑结构为研究对象，分析了太阳能光伏电池的数学模型和输出特性，然后对双闭环并网控制系统及逆变调制策略进行研究，最后进行实验，验证了理论的正确性。 1 光伏并网逆变器的系统结构本文采用L型滤波器实现并网逆变器与电网的连接。如图1所示为三相并网逆变器的拓扑结构图，其中ea、eb、ec为三相配电网电压，中性点为O点，逆变器交流侧输出电流为ia、ib、ic，逆变器输出交流和配电网侧等效电感为L，等效线路电阻为R，三相全桥拓扑结构3个桥臂的中点输出电压为Ua、Ub、Uc，T1~T6为IGBT开关管器件，C为输入直流侧滤波与稳压电容，Udc为输入直流侧电压，idc为直流母线侧电流。

逆变器使用说明书

光伏并网逆变器说明书型号：BNSG-2KTL 山东博奥斯能源科技有限公司

目录重要说明.................................................................................................................................................. ４安全注意事项.......................................................................................................................................... ４使用说明.................................................................................................................................................. ４1、绪论.................................................................................................................................................... ５ 1.1、前言.................................................................................................................................... ５ 1.2、光伏并网系统应用介绍........................................................................................................ ５ 2、总体介绍............................................................................................................................................ ６ 2.1、产品外观说明........................................................................................................................ ６ 2.2、电气原理框图........................................................................................................................ ７ 2.3、性能特点................................................................................................................................ ７ 2.4 、保护设备.............................................................................................................................. ８ 3、拆卸和安装........................................................................................................................................ ８ 3.1、拆包检验................................................................................................................................ ８ 3.2、安装说明................................................................................................................................ ８ 3.3、安装条件................................................................................................................................ ９ 3.4、逆变器的安装.....................................................................................................................１０ 3.5、逆变器安装位置的选择.....................................................................................................１０ 3.6、逆变器的尺寸.....................................................................................................................１１ 4、电气连接.........................................................................................................................................１２ 4.1、连接需求...........................................................................................................................１２ 4.1.2、直流输入...................................................................................................................１２ 4.1.2、单相电网...................................................................................................................１２ 4.1.3、连接线.......................................................................................................................１２ 4.1.4、电气连接工具...........................................................................................................１２ 4.2、开始连接.............................................................................................................................１３ 4.2.1、安全说明...................................................................................................................１３ 4.2.2、接线端子图...............................................................................................................１３ 4.2.3、电网连接...................................................................................................................１４ 4.2.4、连接直流输入...........................................................................................................１４ 4.2.5、连接RS485通讯线（选配件）..............................................................................１５ 5、启动与关闭.....................................................................................................................................１６ 5.1、启动过程.............................................................................................................................１６ 5.2、关机过程.............................................................................................................................１６ 5.3、紧急关机过程.....................................................................................................................１６ 6 、功能说明.......................................................................................................................................１７ 6.1、工作模式.............................................................................................................................１７ 6.2 、并网发电...........................................................................................................................１７ 6.3 与电网断开.........................................................................................................................１８ 7、操作.................................................................................................................................................１９ 7.1、液晶显示...........................................................................................................................１９ 7.2按键功能说明........................................................................................................................１９ 7.3、液晶控制板上电后显示界面.............................................................................................２０ 7.4、数据查询及状态显示信息.................................................................................................２０ 7.5、故障信息界面.....................................................................................................................２１