單相并網(wǎng)逆變器總體設(shè)計

1、機械電氣工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（文）LBSTIVERSITY題目院（系）:專業(yè):學號:姓名:指導教師:完成日期：石河子大學畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學號2007185326學生白喆楊專業(yè)班級電氣07題目題目名稱電力負荷預測模型與算法研究題印性質(zhì)1理工類：工程設(shè)計（）；工程技術(shù)實驗研究型（）；理論研究型（寸）；計算機軟件型（）；綜合型（）。2管理類（）；3外語類（）；4藝術(shù)類（）。題目類型1.畢業(yè)設(shè)計（寸）2.論文（）題目來源科研課題（）生產(chǎn)實際（）自選題目（寸）主要內(nèi)容1、逆變電源并網(wǎng)工作的研究2、濾波器在電路中的作用3、并網(wǎng)控制方法的研究4、采用LCL濾波器的并網(wǎng)過程仿真研究基本要求掌握并網(wǎng)工作的

2、基本原理；給出電路設(shè)計的具體方案；學習matlab仿真軟件；繪制A0圖紙一張，論文一本。參考資料1、電力電子技術(shù)電工技術(shù)學報等期刊雜志2、三相電壓型整流器的LCL濾波器分析與設(shè)計電力電子3、新能源并網(wǎng)發(fā)電的控制研究電力系統(tǒng)保護與控制4、DC-DC逆變技術(shù)及其應(yīng)用陳道煉機械工業(yè)出版社周次13周48周910周1114周1518周應(yīng)宀兀成的內(nèi)容查閱相關(guān)的中文資料，熟悉控制方法的工作原理，翻譯一篇英文資料主電路的確定，參數(shù)設(shè)計控制方案的確定，控制電路的設(shè)計系統(tǒng)仿真研究撰寫論文，答辯指導教師：魯敏職稱：講師2011年3月5日系級教學單位審批：年月日摘要隨著“綠色環(huán)?！备拍畹奶岢觯越鉀Q電力緊張，環(huán)境污染

3、等問題為目的的新能源利用方案得到了迅速的推廣，這使得研究可再生能源回饋電網(wǎng)技術(shù)具有了十分重要的現(xiàn)實意義。如何可靠地、高質(zhì)量地向電網(wǎng)輸送功率是一個重要的問題，因此在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中起電能變換作用的逆變器成為了研究的一個執(zhí)占。八、八、O本文以全橋逆變器為對象，詳細論述了基于雙電流環(huán)控制的逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理，推導了控制方程。內(nèi)環(huán)通過控制Lcl濾波中的電容電流，外環(huán)控制濾波后的網(wǎng)側(cè)電流。大功率并網(wǎng)逆變器的開關(guān)頻率相對較低，相對于傳統(tǒng)的L型或LC型濾波器，并網(wǎng)逆變器采用LCL型輸出濾波器具有輸出電流諧波小，濾波器體積小的優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上本系統(tǒng)設(shè)計了LCL濾波器。本文分析比較了單相逆變器并網(wǎng)

4、采用單閉環(huán)和雙閉環(huán)兩種控制策略下的并網(wǎng)電流，并對突加擾動情況下系統(tǒng)動態(tài)變化進行了分析。在完成并網(wǎng)控制系統(tǒng)理論分析的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計并制作了基于TMS320LF2407DSP的數(shù)字化控制硬件實驗系統(tǒng)，包括DSP外圍電路、模擬量采樣及調(diào)理電路、隔離驅(qū)動電路、保護電路和輔助電源等，最后通過MATLAB仿真軟件進行驗證理論的可行性，實現(xiàn)功率因數(shù)為1的并網(wǎng)要求。關(guān)鍵詞并網(wǎng)逆變器；LCL濾波器；雙電流環(huán)控制；DSP目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 摘要3Abstract錯誤！未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark8 第1章緒論6 HYPERLINK

5、 l bookmark10 1.1國內(nèi)外可再生能源開發(fā)的現(xiàn)狀及前景6 HYPERLINK l bookmark12 1.1.1可再生能源開發(fā)的現(xiàn)狀及前景6 HYPERLINK l bookmark14 1.1.2可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)8 HYPERLINK l bookmark18 1.2并網(wǎng)逆變器的研究現(xiàn)狀及趨勢9 HYPERLINK l bookmark20 1.3本文的結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容10 HYPERLINK l bookmark22 第2章單相并網(wǎng)逆變器總體設(shè)計12 HYPERLINK l bookmark24 2.1并網(wǎng)逆變器組成原理及主體電路硬件設(shè)計12 HYPERLINK l bo

6、okmark26 2.1.1系統(tǒng)逆變主體電路拓撲結(jié)構(gòu)及原理122.1.2系統(tǒng)主體電路參數(shù)設(shè)計13 HYPERLINK l bookmark28 2.2逆變器的SPWM調(diào)制方式分析14 HYPERLINK l bookmark42 LCL濾波器的設(shè)計17 HYPERLINK l bookmark44 2.3.1利用隔離變壓器漏感確定LCL濾波17LCL濾波器數(shù)學模型及波特圖分析18LCL濾波器的參數(shù)設(shè)計19 HYPERLINK l bookmark62 2.4并網(wǎng)控制策略的提出21 HYPERLINK l bookmark64 2.4.1電流型并網(wǎng)模型分析21幾種控制方法分析22使用雙電流閉環(huán)控

7、制策略25 HYPERLINK l bookmark84 本章小結(jié)26 HYPERLINK l bookmark86 第3章系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析27 HYPERLINK l bookmark88 3.1單相逆變器開環(huán)仿真27 HYPERLINK l bookmark92 3.2單相逆變器并網(wǎng)單閉環(huán)仿真分析27 HYPERLINK l bookmark94 3.3基于雙電流環(huán)的單相逆變器并網(wǎng)仿真分析28 HYPERLINK l bookmark98 3.4突加擾動時系統(tǒng)動態(tài)分析30 HYPERLINK l bookmark100 本章小結(jié)31第4章數(shù)字化并網(wǎng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計錯誤！未定義書簽。4.1

8、基于DSP的并網(wǎng)控制系統(tǒng)整體設(shè)計錯誤！未定義書簽。4.2系統(tǒng)電路設(shè)計錯誤！未定義書簽。4.2.1DSP外圍電路設(shè)計錯誤！未定義書簽。4.2.2模擬信號采樣電路錯誤！未定義書簽。4.2.3隔離、驅(qū)動電路錯誤！未定義書簽。4.2.4多功能控制電源設(shè)計錯誤！未定義書簽。4.2.5保護電路設(shè)計錯誤！未定義書簽。4.3本早小結(jié)錯誤！未定義書簽。結(jié)論錯誤！未定義書簽。參考文獻.錯誤！未定義書簽。致謝錯誤！未定義書簽。附錄1.錯誤！未定義書簽。附錄2.錯誤！未定義書簽。附錄3.錯誤！未定義書簽。第1章緒論1.1國內(nèi)外可再生能源開發(fā)的現(xiàn)狀及前景1.1.1可再生能源開發(fā)的現(xiàn)狀及前景自20世紀50年代以來，隨著經(jīng)

9、濟活動的增加，世界能源消耗急劇上升，世界能源消耗增長了20倍。然而，通過增加能源消耗促進經(jīng)濟發(fā)展的粗放增長方式已造成全球大氣、土壤、水源等諸多方面環(huán)境質(zhì)量的嚴重下降，暴露出以煤炭等常規(guī)能源為主的能源結(jié)構(gòu)的弊端。上個世紀70年代西方發(fā)生石油危機以來，人們逐漸認識到，礦物能源終會有耗盡之時，人類要維持自身的生產(chǎn)生活，就必須開發(fā)新的能源，特別是可再生能源。由此，世界上掀起了一股開發(fā)利用可再生能源的熱潮，特別是1992年聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展大會后，世界各國都將積極推動可再生能源的發(fā)展當作21世紀能源發(fā)展的基本選擇，并在全世界范圍內(nèi)達成了廣泛的共識【h?？稍偕茉词侵冈谧匀唤缰锌梢圆粩嘣偕⒂览m(xù)利用、取

10、之不盡、用之不竭的資源，它對環(huán)境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發(fā)利用。可再生能源主要包括太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能和海洋能等。世界各國發(fā)展可再生能源的動因和方向有較大差別。發(fā)達國家發(fā)展可再生能源的主要目的是：應(yīng)對氣候變化，減排溫室氣體；保護環(huán)境，減少大氣污染；能源來源多樣化，保障能源安全；保持技術(shù)優(yōu)勢，擴大出口等。而發(fā)展中國家發(fā)展可再生能源的目的主要是在于：解決農(nóng)村能源問題，擴大能源供應(yīng)和緩解能源短缺。因此，世界各國發(fā)展可再生能源所采取的戰(zhàn)略也有一定的差別。在可再生能源技術(shù)方面，美國、歐洲、日本等發(fā)達國家都是世界上的領(lǐng)先者，許多成功的經(jīng)驗和技術(shù)值得學習和借鑒。這些國家以

11、科技為先導，采取多種激勵措施，將先進技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)，并擁有了最大份額的市場。美國政府一直都將促進可再生能源的開發(fā)利用作為其能源政策的核心內(nèi)容之一，并以法律的形式規(guī)定了一系列減稅和生產(chǎn)補貼政策，促進和支持可再生能源的開發(fā)和利用。2005年8月的（2005年國家能源政策法）明確要求為太陽能、地熱能、生物能等可再生能源的開發(fā)提供資助，還對核電以及天然氣給予了相關(guān)政策支持。歐盟自20世紀90年代初開始就高度重視能源戰(zhàn)略。1997年，歐盟在可再生能源發(fā)展白皮書中提出，可再生能源在一次能源中的比例要由1997年的6%提高到2010年的12%,2020年提高到20%,2050年提高到50%。1999年歐盟發(fā)

12、布的歐洲共同體戰(zhàn)略起飛白皮書提出了實現(xiàn)可再生能源份額提高的行動計劃，行動計劃包括；進一步鼓勵可再生能源利用的政策、加強成員國之間的合作、鼓勵各國在可再生能源領(lǐng)域內(nèi)的投資，并加強可再生能源的信息傳播與服務(wù)。德國政府自20世紀70年代起，就開始花大力氣促進可再生能源技術(shù)的開發(fā)，迄今已投入研究經(jīng)費17.4億歐元，并在諸多方面取得顯著成效。如德國的風能發(fā)電量占全球的三分之一，并占德國電力生產(chǎn)總量的4%，遠高于世界0.4%的平均水平。日本是一個常規(guī)能源極度短缺的國家，這一狀況促使日本形成了積極開發(fā)和利用可再生能源的觀念。自1973年石油危機后，日本開始大力提咼能源效率，實施能源多樣化方針，并積極引進天然

13、氣和核能，擺脫對石油的依賴。同時，太陽能發(fā)電和風能發(fā)電在日本也得到了迅速發(fā)展和普及。至到2001年，天然氣在日本能源消費構(gòu)成中所占的比例已經(jīng)從第一次石油危機時的1.5%提高到13.8%，核電占日本能源消費的比例則達到14.1%。日本政府制定的新日光計劃（19942030）提出：到2010年可再生能源供應(yīng)量和常規(guī)能源的節(jié)能量要占能源供應(yīng)總量的10%，2030年達到34%【2】。中國作為一個迅速崛起的發(fā)展中國家，面臨著經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的雙重壓力。2004年6月，我國在能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要中提出要大力開發(fā)水電、積極推進核電、鼓勵發(fā)展風電、生物質(zhì)能等可再生能源，到2020年中國可再生能源發(fā)電裝機容

14、量將占總裝機容量的30%以上。2005年2月28日，我國頒布了中華人民共和國可再生能源法，將可再生能源列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，明確規(guī)范了政府和社會在可再生能源開發(fā)利用方面的責任與義務(wù)，并制定了一系列制度和措旌，為可再生能源的發(fā)展提供了法律保障。2006年3月公布的“十一五”規(guī)劃也明確提出；要構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的能源供應(yīng)體系，大力發(fā)展可再生能源。規(guī)劃提出，到2020年把可再生能源占一次能源供應(yīng)的比重，從目前的7%提高到15%。為實現(xiàn)這一目標，中國未來15年將大約需要投資1.5萬億元。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國可再生能源的開發(fā)利用己取得了很大進展，其中小水電、太陽能利用和沼氣能開發(fā)的規(guī)模和技術(shù)發(fā)展水平

15、均處于國際領(lǐng)先地位，風電裝機容量也位居世界第10位，至2003年底，全國己建成36個風電廠，并網(wǎng)風力發(fā)電裝機容量為56.9萬KW，單機容量750KW以下大型風力發(fā)電設(shè)備已形成了自主生產(chǎn)能力，兆瓦級的大型風力發(fā)電設(shè)備正在研發(fā)。第二屆國際可再生能源大會于2005年11月7日至8日在北京人民大會堂召開，共有78個國家和地區(qū)的政府代表參加，聯(lián)合國秘書長安南和國家主席胡錦濤向大會發(fā)來書面致辭。大會通過了北京宣言，呼吁各國加快可再生能源的發(fā)展，以應(yīng)對能源壓力。胡錦濤主席在給大會的致辭中強調(diào)：“加強可再生能源開發(fā)利用，是應(yīng)對日益嚴重的能源和環(huán)境問題的必由之路，也是人類社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。國際社會應(yīng)

16、該在研究開發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、資金援助等方面加強合作,使可再生能源在人類經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮更大作用，造福各國人民?！彼€指出“加強全球合作，妥善應(yīng)對能源和環(huán)境挑戰(zhàn)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是世界各國的共同愿望，也是世界各國的共同責任。大力發(fā)展可再生能源已成為國際社會的共識。”1.1.2可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般能源從其原始狀態(tài)到輸入電網(wǎng)的過程大體可分為：能源轉(zhuǎn)化、能量轉(zhuǎn)移或二次轉(zhuǎn)化、能量存儲及功率控制等步驟。各種能源由于其轉(zhuǎn)化為電能的方式不同，將其送入電網(wǎng)時必須使用交流技術(shù)按用戶的要求對其進行調(diào)整和控制；另外,大部分可再生能源直接產(chǎn)生的能量通常是不穩(wěn)定的，它們在并網(wǎng)時如果不加控制和調(diào)節(jié)，就會對電網(wǎng)造成沖擊，

17、同時為了保證將盡可能多的有功能量送入電網(wǎng)，在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中還要加上儲能環(huán)節(jié)，這些過程都需要利用變流技術(shù)對其進行控制，因此可再生能源在從其原始狀態(tài)轉(zhuǎn)化到可供人們實際應(yīng)用的電能過程中與變流技術(shù)是密不可分的。一般的可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由直流側(cè)處理電路、儲能裝置，直流負載，逆變器、濾波電路等組成，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖見圖1-1：可再生能源直流側(cè)處理電路逆變器（DC/AC電路）直流負載儲能裝置（蓄電池組）圖1-1可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖直流側(cè)處理電路主要是DC/DC電路或AC/DC電路，由于可再生能源有多種形態(tài)，且轉(zhuǎn)化為電能的方式不同，決定了可再生能源在轉(zhuǎn)化為直流電能時有不同的直流側(cè)處理電路

18、，如光伏發(fā)電需使用DC/DC電路，而風力發(fā)電則需使用AC/DC電路（整流器）。控制器及儲能裝置的主要作用是當可再生能源受外界因素的影響很大時，經(jīng)轉(zhuǎn)化后的電能很不穩(wěn)定，此時需要采用儲能裝置將電能儲存起來，這樣不僅有利于能量回饋的控制，而且可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運行。逆變器是可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分。并網(wǎng)用逆變器除了能將可再生能源產(chǎn)生的電能輸送給公用電網(wǎng)外，還應(yīng)該具有很高的可靠性、完善的保護功能以及較高的效率。目前，可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要研究熱點也集中在逆變器這部分。濾波電路包括濾波器和隔離變壓器。隔離變壓器的主要作用是保證逆變電壓和電網(wǎng)電壓匹配，同時使電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)相互

19、電氣隔離；濾波器的主要作用是用來濾除并網(wǎng)電流的諧波。1.2并網(wǎng)逆變器的研究現(xiàn)狀及趨勢伴隨著世界范圍內(nèi)開發(fā)利用可再生能源的熱潮，很多國家都紛紛研發(fā)了光伏發(fā)電、風力發(fā)電等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。人們對可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)進行了大量的研究，并使得該技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用于可再生能源回饋電網(wǎng)系統(tǒng)中的方案是；首先將可再生能源轉(zhuǎn)化成電能的形式，然后將電能調(diào)節(jié)成滿足正弦波脈寬調(diào)制SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)全橋逆變器需要的直流電壓，最后經(jīng)SPWM全橋逆變器將可再生能源回饋給交流電網(wǎng)。在整個系統(tǒng)中最主要的環(huán)節(jié)就是逆變器，它采用的是SPWM逆變技

20、術(shù)。在理論和實踐上，這種方案能夠滿足可再生能源回饋電網(wǎng)的要求，但由于該方案使用了同步、鎖相(PLL)、SPWM脈沖發(fā)生器、低通濾波等諸多模擬環(huán)節(jié)，而且控制方法比較落后，因此使得并網(wǎng)逆變裝置的控制繁瑣，電路復雜，可靠性低，硬件成本高，并網(wǎng)效果不是十分理想，產(chǎn)品價格昂貴，應(yīng)用得到限制。但是，隨著世界各國對可再生能源開發(fā)重視程度的不斷提高，針對并網(wǎng)逆變器的技術(shù)研究也越來越多，人們針對以往控制技術(shù)的不足，紛紛提出了很多的研究方向，其大體可以分為以下幾個方向%1并網(wǎng)逆變器的拓撲分類及控制方法的研究目前研究人員提出針對不同的系統(tǒng)要求，逆變器應(yīng)該有著各種不同的拓撲結(jié)構(gòu)，對于功率較小的并網(wǎng)逆變器可以采用高效、

21、低成本的單極變換器；而多級逆變器變換結(jié)構(gòu)可以使用在大功率、寬電壓范圍的輸入的應(yīng)用場合。除此以外，逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)中還包括單相、三相：隔離、非隔離；功率單向流動、雙向等各種形式。如：并網(wǎng)逆變器采用雙向功率流動的拓撲，在并網(wǎng)工作時，既可以向電網(wǎng)提供電能，同時也可以當電網(wǎng)電能富足時，從公用電網(wǎng)吸收電能，并將其存儲起來。因此各種拓撲可以分別使用在不同的場合，并且這些拓撲結(jié)構(gòu)可以相互組合成各種不同的形式，以滿足各種要求。在控制方法上，隨著各種高速的數(shù)字信號處理器DSP(DigitalSingnalProcessor)的出現(xiàn)，將先進的數(shù)字控制應(yīng)用到并網(wǎng)逆變器的控制中的研究將越來越多。并且針對各種控制方法的

22、缺點，將模擬控制和數(shù)字控制相結(jié)合以到達理想的控制效果，這也是目前研究高性能并網(wǎng)逆變器的一個熱點。2逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)的研究研究人員認為作為一個功能完整的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，其工作模式應(yīng)比通常的獨立逆變器更為復雜，它不僅可在無市電接入時獨立作為電壓源逆變，也能在并網(wǎng)時作為電流源工作。針對這些要求，在逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)上提出了以下幾個方面的研究方向：逆變器兩種工作模式的無縫切換技術(shù)；逆變器工作過程中的同步鎖相和電壓跟蹤技術(shù)；并網(wǎng)工作下的防孤島技術(shù)；達到并網(wǎng)電壓、電流諧波標準的閉環(huán)控制技術(shù)。3多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)技術(shù)的研究多臺逆變器并聯(lián)可實現(xiàn)大容量供電和冗余供電，因而被公認為當今逆變技術(shù)發(fā)展的重要方向之一

23、。多臺逆變器并聯(lián)實現(xiàn)擴容可大大提高系統(tǒng)的靈活性，使系統(tǒng)的體積重量大為降低，同時其主開關(guān)器件的電流應(yīng)力也可減少，從根本上降低成本和提高功率密度及系統(tǒng)可靠性。研究者認為目前主從式結(jié)構(gòu)是可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)比較理想的電路結(jié)構(gòu)，而主從式結(jié)構(gòu)就是采用多組逆變器模塊并聯(lián)運行的模式，即在并聯(lián)的若干個逆變模塊中，任意選取一個作為主逆變模塊，而其余作為從模塊跟隨主模塊工作，因而該結(jié)構(gòu)能極大的提高可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)功率合成，增強故障冗余能力。國外一些發(fā)達國家都采用了主從式的逆變并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)目前此技術(shù)還不夠成熟。4逆變器并網(wǎng)濾波器設(shè)計的研究并網(wǎng)逆變器在工作時有電壓控制和電流控制兩種工作模式。

24、在電壓控制模式下，逆變輸出濾波器通常由電感L和電容C構(gòu)成，它們影響到輸出的動態(tài)響應(yīng)。在電流控制模式下，會選用L或LCL的結(jié)構(gòu)，主要由電感元件決定輸出的動態(tài)響應(yīng)。研究人員認為逆變器作為電壓源獨立運行時，濾波器應(yīng)通常采用LC結(jié)構(gòu)i逆變器作為電流源并網(wǎng)時，則可以直接通過L、LC或者LCL和電網(wǎng)相聯(lián)?，F(xiàn)在更多的研究和產(chǎn)品選擇LCL結(jié)構(gòu)，采用LCL的結(jié)構(gòu)比LC結(jié)構(gòu)有更好的衰減特性，對高頻分量呈高阻態(tài)，抑止電流諧波，并且同電網(wǎng)串聯(lián)的電感L還可以起到抑止沖擊電流的作用81。1.3本文的結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容本文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容大致安排如下：第1章，緒論。主要論述了當前可再生能源開發(fā)的現(xiàn)狀和前景，總結(jié)了當前并網(wǎng)逆變技

25、術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹了本課題的選題意義及主要內(nèi)容。第2章，單相逆變器總體設(shè)計。主要描述了并網(wǎng)逆變器的工作原理和設(shè)計了主電路的拓撲結(jié)構(gòu)圖，并且對主電路中主要參數(shù)進行計算選擇。對逆變器的調(diào)制方式進行分析，設(shè)計了LCL濾波器并進行了參數(shù)計算。同時也對控制方式進行分析，最終選取雙電流閉環(huán)的控制策略。第3章，系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析。本章節(jié)對并網(wǎng)逆變器的工作進行了仿真，根據(jù)研究過程的進展做了以下工作。先對逆變器進行開環(huán)仿真，對主電路的工作過程有所了解并驗證了上章中設(shè)計的LCL濾波器的效果，然后對逆變器并網(wǎng)采取了單環(huán)控制，通過波形得出系統(tǒng)不太穩(wěn)定，不能滿足并網(wǎng)要求。最后對使用雙閉環(huán)控制策略的模型進行仿真

26、，得到較為理想的并網(wǎng)電流波形，并對波形進行了傅里葉分析，符合并網(wǎng)要求。對系統(tǒng)突加擾動情況下，進行了波形分析。第4章，數(shù)字化并網(wǎng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。利用DSP實現(xiàn)數(shù)字化并網(wǎng)，對逆變器并網(wǎng)控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。介紹了控制系統(tǒng)和主電路接口電路的實現(xiàn)方案；分析了模擬信號采樣及調(diào)理電路的原理及實現(xiàn)方法；設(shè)計了隔離驅(qū)動電路、保護電路和輔助電源。第2章單相并網(wǎng)逆變器總體設(shè)計2.1并網(wǎng)逆變器組成原理及主體電路硬件設(shè)計2.1.1系統(tǒng)逆變主體電路拓撲結(jié)構(gòu)及原理本文單相并網(wǎng)逆變器的逆變電路采用的是單相全橋式逆變電路。其拓撲結(jié)構(gòu)圖見圖2-1所示。直流輸入側(cè)驅(qū)動電路及功率放大-fl數(shù)字信號處理芯片電路1并網(wǎng)電流

27、采樣電網(wǎng)電壓采樣電容電流采樣圖2-1系統(tǒng)逆變主體電路拓撲結(jié)構(gòu)圖全橋式逆變器工作原理：圖2-1中所示的為逆變器通常使用的單相輸出全橋式逆變電路，圖中，功率開關(guān)元件采用四只IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4,由DSP輸出的SPWM脈寬調(diào)制信號控制驅(qū)動IGBT管的導通或截止。當逆變器電路接上直流電源后，先由Q1、Q4導通，Q2、Q3截止，則電流由直流電源正極輸出，經(jīng)Q1、濾波器、變壓器初級線圈、Q4后，再回到電源負極。當Q1、Q4截止后，Q2、Q3導通，電流從電源正極經(jīng)Q3、濾波器、變壓器初級線圈、Q2后，再回到電源負極。此時，逆變器輸出端已形成正負交變的方波。利用高頻SPWM控制，使得兩對IGBT管

28、交替重復開關(guān)動作，輸出等效交流電壓，再經(jīng)過濾波器的作用，使輸出端形成正弦波交流信號。同時，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量提供通道，逆交橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管，在兩對IGBT管交替重復的過程中，這些二極管還起到了續(xù)流的作用。2.1.2系統(tǒng)主體電路參數(shù)設(shè)計直流側(cè)輸入電壓Ud的選擇由系統(tǒng)逆變主體電路拓撲結(jié)構(gòu)圖可知：并網(wǎng)裝置實際上可以看作是一個能量能雙向流動的變換器，如果從直流側(cè)流向交流側(cè)看時，它是一個Buck(降壓)變換器；當從交流側(cè)流向直流側(cè)看時；它是一個Boost(升壓)變換器。由此可以得出這樣一個結(jié)論：并網(wǎng)系統(tǒng)直流側(cè)的電壓必須大于交流側(cè)的峰值電壓，否則系統(tǒng)不能正常工作?？紤]到工頻隔離變壓器

29、1：2的變比因數(shù)和開關(guān)管IGBT的耐壓值，選取直流側(cè)輸入電壓Ud的范圍為200450Vdc。本系統(tǒng)選取U=400Vd直流側(cè)電容的選擇直流側(cè)電容主要作用是緩沖交流側(cè)電感在開關(guān)過程中的瞬時能量交換和平穩(wěn)直流側(cè)輸入電壓，通常是選用大容量的電解電容器。設(shè)直流側(cè)輸入開路電壓為Ud,直流側(cè)濾波電容的耐壓通常應(yīng)留有1.15倍裕量，即：U1.15U(2-1)cd為簡化計算，這里僅立足于工程方法對電容值進行估算，其條件是：在直流母線充放電周期內(nèi)，電容以最大負載電流放電時，其壓降還能保持在要求的范圍內(nèi)，即電容值的選擇應(yīng)以直流母線電壓的波動限幅為依據(jù)?？紤]極端情況，在開關(guān)管IOBT導通的時間段內(nèi)并網(wǎng)電流值完全由電容

30、放電提供，且該時刻并網(wǎng)電流的大小為其峰值，電容C上的電壓和電流的關(guān)系滿足：其中i為并網(wǎng)電流有效值。D為開關(guān)管導通時間。當要求直流輸入電壓脈動的幅ct值小于3%時，電路中平波的選擇應(yīng)按如下方程：DUc3/U0d(2-3)將式(2-3)代入式(2-2)，可得：C?迦i(2-4)30U0d0.0212Ufd并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的額定電流為i=12.8A，直流側(cè)輸入工作電壓cU=400V，開關(guān)管IGBT導通頻率(也即SPWM載波頻率)為f=10kHz，可得C在理d論上取值應(yīng)大于785uf,在本設(shè)計中結(jié)合實驗效果，直流側(cè)電容選取500V、1000uf的電解電容。3.開關(guān)管IGBT的選擇當并網(wǎng)逆變器電路正

31、常工作時，流經(jīng)功率開關(guān)管IGBT的電流峰值與濾波電感電流峰值一致，同時考慮到余量，則要求開關(guān)管的電流額定值必須略大于電感電流峰值的最大值。本課題設(shè)計的并網(wǎng)逆變器輸出功率為2kW，輸出電流峰值約為12.86A。同時考慮到系統(tǒng)余量和隔離變壓器1：2的變比因數(shù)，選擇功率開關(guān)管的耐流值應(yīng)該在50A以上。在全橋并網(wǎng)逆變電路中，主功率開關(guān)管承受的最大電壓應(yīng)超過直流輸入側(cè)的最大電壓(450V),同時從余量和線路寄生參數(shù)影響等方面考慮，放選取的IGBT耐壓值應(yīng)大于500V。本設(shè)計選擇日本富士公司的型號2MBI150NC.060的IGBT作為主功率開關(guān)管，它的耐流值和耐壓值分別為150A和600V。2.2逆變器

32、的SPWM調(diào)制方式分析SPWM(正弦脈寬調(diào)制)是調(diào)制波為正弦波，載波為三角波的一種脈寬調(diào)制法，這項技術(shù)的特點是原理簡單，通用性強，控制和調(diào)節(jié)性能好，具有消除諧波、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的多種作用，是一種比較好的波形改善法。它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要的推動作用。SPWM可分為雙極性SPWM調(diào)制，單極性SPWM調(diào)制和單極性SPWM倍頻調(diào)制三種，半橋逆變電路只能使用雙極性SPWM調(diào)制而全橋逆變電路則三種調(diào)制方式均用10。雙極性SPWM調(diào)制方式的原理如圖2-2所示，圖中調(diào)制波u=Usinwt，幅ssm值為U，頻率f=w2p。載波u為全波三角波，頻率為f,幅值為U。同時定smcccm義調(diào)制比m=U

33、/U為正弦調(diào)制波的輔助與三角載波的幅值之比，頻率比smcmK=f/f為三角載波與正弦調(diào)制波的頻率之比。由上圖可見，當uu時，開關(guān)管T1、T4導通而T2、T3截至，橋臂中點間sc電壓u=U；當u0時，T3直截止而T4s一直導通，此時當uu時，開關(guān)管T1導通而T2截至，橋臂中點間電壓u=U；TOC o 1-5 h zscabin當uu時，開關(guān)管T1截止而T2導通，橋臂中點間電壓u=0。當uu時，開關(guān)管T1導通而T2截至，橋臂中點sc間電壓u=0；當uu時，開關(guān)管T1截止而T2導通，橋臂中點間電壓u=-U。abscabin從上述過程中看出，在輸出波形u中包含有U，0和-U三個狀態(tài)，因此這種abini

34、n調(diào)制方式也被稱為三態(tài)調(diào)制（對應(yīng)得，雙極性調(diào)制也被稱為兩態(tài)調(diào)制）的開關(guān)頻率相同，而倍頻式SPWM調(diào)制則可以在不改變器件開關(guān)頻率的條件下使得橋臂中點間輸出電壓的頻率提高一倍，從而可以在不增加開關(guān)損耗的情況下將諧波頻率提高一倍，大大減小了輸出濾波器的體積。込IWCInnnnnn11iin門nriiiiirTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 LiuIii廠i門n廠i圖2-4單極性倍頻SPWM調(diào)制原理倍頻調(diào)制方式的調(diào)制原理如上圖2-4所示，它包含有兩個基準波u、u并且sis2有(2-5)=-usis2u與載波u交截產(chǎn)生u、u信號而u與載波u交截產(chǎn)生u、u信號。si

35、cgig2s2cg3g4輸出電壓u的正半周實際上是由信號u、u的與邏輯決定的。abgig4當u、u為高電平時，有Tl、T4導通而使得u=U，當u或u有一gig4abingig4個為低電平時，則有T2、T4或者Tl、T3導通而使得u=0。由于在正半周內(nèi),uabgi的高電平區(qū)恒寬于u的低電平區(qū)，所以T2、T3沒有同時導通的時刻而使得輸出g4電壓u中只包含U和0兩個電平，而在負半周則輸出圖電壓u中只包含0和abinab-U兩個電平，所以這也是一種三態(tài)調(diào)制。由于u在一個載波周期內(nèi)有兩次狀inab態(tài)轉(zhuǎn)變，所以輸出電壓頻率為器件開關(guān)頻率的一倍。在小功率逆變電路中，從降低電路成本考慮，一般采用半橋逆變主電路

36、和雙極性SPWM調(diào)制的方式。而在大功率逆變器中，從減小輸出濾波器體積和提高輸出波形質(zhì)量方面考慮，一般采用全橋逆變主電路和單極性倍頻的SPWM調(diào)制。通過綜合選擇，確定單極性倍頻SPWM調(diào)制為本文所采取的調(diào)制方式。2.3LCL濾波器的設(shè)計2.3.1利用隔離變壓器漏感確定LCL濾波逆變電源并網(wǎng)運行時本質(zhì)上為電流源，高開關(guān)頻率會造成對電網(wǎng)產(chǎn)生污染的高次諧波，其輸出電流會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴重的諧波污染。傳統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)濾波器為L濾波器如圖2-5所示，由電感L將高頻電流諧波限制在一定范圍之內(nèi)，減小對電網(wǎng)的諧波污染。但隨著功率等級的提咼，特別是在中咼功率的應(yīng)用場合,開關(guān)頻率相對較低，要使網(wǎng)側(cè)電流滿足相應(yīng)的諧波標準所需的

37、電感值太大【12。這不僅使網(wǎng)側(cè)電流變化率下降，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能降低，還會帶來體積過大成本過高等一系列問題。一般的LC濾波器，雖然其結(jié)構(gòu)和參數(shù)選取簡單，但無法平抑輸出電流的高頻紋波，容易因電網(wǎng)阻抗的不確定性而影響濾波效果。采用LCL的結(jié)構(gòu)比LC結(jié)構(gòu)有更好的衰減特性，對高頻分量呈高阻態(tài)，抑制電流諧波，并且同電網(wǎng)串聯(lián)的電感L還可以起到抑制沖擊電流的作用。要達到相同的濾波效果，LCL濾波器的總電感量比L和LC濾波器小得多，有利于提高電流動態(tài)性能，同時能降低成本，減小裝置的體積重量。在中大功率應(yīng)用場合，LCL濾波器的優(yōu)勢更為明顯。本章設(shè)計一種利用隔離變壓器漏感的LCL濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖2-6。本文對傳統(tǒng)

38、的LCL濾波器加以改進，利用隔離變壓器漏感，減少了一個電感，在降低成本的同時顯著減少并網(wǎng)電流的直流分量，有效抑制諧波污染，提高并網(wǎng)電流質(zhì)量。圖2-6單相并網(wǎng)逆變器的LCL濾波器本文設(shè)計的利用隔離變壓器漏感的LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器如圖2-6所示。2.3.2LCL濾波器數(shù)學模型及波特圖分析本文設(shè)計LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器等效原理圖如圖2-7所示。根據(jù)等效原理圖可得：U(t)=Ri(t)+Ldii(t)+U(t)i111dtc(2-6)其中，U，U，i電感L電流,1i(t)=i(t)+i(t)12cU(t)=Ri(t)+L厶2+U(t)c222dtgU分別為輸入電壓，電容電壓和輸出電壓;g電感L電

39、流和電容電流。2(2-7)(2-8)i，i分別為2cL1C20uf圖2-7LCL濾波器的等效原理圖由于LCL型濾波器在低頻(約低于在濾波器諧振頻率下的一半)時的表現(xiàn)性能和純電感L型濾波器相近，其中電感L=L1+L2,容易得到LCL型濾波器輸出電流i和輸入電壓U之間的傳遞函數(shù)為(電阻R和R比較小可近似為0)TOC o 1-5 h z2i12G(s)=圧少=1(2-9)U(s)s3LL+s(L+L)i1212針對LCL型濾波器是三階環(huán)節(jié)，有可能產(chǎn)生震蕩，為了提高系統(tǒng)的可靠性，避免高頻諧振，在濾波電容上串聯(lián)一個電阻R，經(jīng)推導可得該情況下逆變器輸入電壓U與輸出電流i在靜止坐標系下的函數(shù)關(guān)系式 HYPE

40、RLINK l bookmark96 i2G(s)=RCs+1(2-10)cU(s)LLCs3+R(L+L)Cs2+(L+L)si121212LCL濾波環(huán)節(jié)的波特圖如圖2-8所示VDC8070BodeDiagramoooooooo654321邕譬賣愛3456101010Frequenuy(rad/sec)-45-90畧oweLId10圖2-8G(s)的波特圖cLCL型濾波器在低頻以20dB/十倍頻程進行衰減，在高頻則是以60dB/十倍頻程進行衰減，可知該濾波器在濾出高次諧波方面效果比較好。電容器串聯(lián)阻尼電阻后，系統(tǒng)在諧振頻率處諧振幅值非常小，諧振得到了很好的抑制Ml。2.3.3LCL濾波器的參

41、數(shù)設(shè)計根據(jù)電流紋波計算L+L，在低頻LCL濾波器可簡化成電感值為L=L+L1212的單電感濾波器，故可以用單電感L濾波器結(jié)構(gòu)計算L+L的近似值14。輸出濾12波電感的最小值由設(shè)定的電感電流紋波決定，本文取20%的額定電流作為設(shè)計,在220V/2kVA下設(shè)計得到：(2-11)DI=20/?20001.818Amax0220DILV-U(t)=0LD(t)c(2-12)開關(guān)頻率f=20kHz，由于采用單極性倍頻SPWM調(diào)制，故輸出電壓的實際s載波頻率2f=f=40kHz。開關(guān)頻率遠大于工頻頻率，可以得到：scU(t)=D(t)V+1-D(t)0(2-13)0DCD(t)=U(t)0(2-14)DI

42、LV-U(t)U(t)DC00LfVDC(2-15)當U0(t)=牛時有最大值VDI=*max8Lfs(2-16)取L3DC8f口smax=1.818A得代入V=400Vf=20kHzDImaxDCsiL31.375mH不同的文獻對L2值的選擇不同，一般取L=L21或L=0.5L，本文取L=1mH211L=0.5mH2在電容和電感的選擇上必須達到一定的平衡。電容越大則流入電容的無功電流越大，致使電感上的電流和開關(guān)管電流也越大，從而降低效率。電容越小，則電感需要增大，使得電感上的壓降增大。根據(jù)電容無功設(shè)計C的大小，取15%的額定功率作為設(shè)計，C=0.15-2pfV2(2-17)代入數(shù)據(jù)P=100

43、0VA,V=220V,f=50HZ，得C=19.74uF取實際值C=20uF1根據(jù)LCL濾波器諧振頻率設(shè)計小于仍倍的開關(guān)頻率res1、L+L112f2pLLC10c112(2-18)即f=丄匕0-=1.95KHZ4KHZ滿足要求res2p0.5創(chuàng)2010-12所以設(shè)定L=1mHC=20uF隔離變壓器漏感L=0.5mH12電容支路串聯(lián)電阻R=擊=136Wres(2-19)2.4并網(wǎng)控制策略的提出2.4.1電流型并網(wǎng)模型分析逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)可以選擇電流型控制或電壓型控制。采用電壓型并網(wǎng)控制時逆變器的輸出側(cè)的電壓是理想的標準正弦波，并網(wǎng)系統(tǒng)相當于兩個電壓源并聯(lián)，于是輸出電流質(zhì)量取決于電網(wǎng)電壓的質(zhì)量，輸

44、入到電網(wǎng)的電流質(zhì)量很容易受到電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響，電流容易發(fā)生畸變。如果電網(wǎng)電壓是畸變的或者在逆變器和電網(wǎng)之間存在電壓差，輸出的電流也就產(chǎn)生了畸變，所以并網(wǎng)系統(tǒng)不宜采用電壓控制15。本課題選擇電流型控制并網(wǎng)，當逆變器并網(wǎng)運行時，電網(wǎng)被看作是一個容量無窮大的電壓源，逆變器工作在電流控制方式下，輸出電壓由負載的情況決定,逆變器等效為一理想電流源I，并網(wǎng)系統(tǒng)模型如圖2-9所示。0圖2-9電流控制并網(wǎng)模型圖2-9中，u表示電壓控制逆變器輸出側(cè)電壓,Z為逆變器所帶負載，I為逆00變器輸出電流，I為負載電流，I為注入電網(wǎng)的電流。逆變器并網(wǎng)工作時，電流I為負載所需電流和注入到電網(wǎng)的電流之和，即I=I+1。U為

45、電網(wǎng)電壓，Z為00zggg電網(wǎng)的阻抗，在大電網(wǎng)系統(tǒng)中，電網(wǎng)的阻抗很小，可近似為零，同時把負載看作為電網(wǎng)負載，則把負載與電網(wǎng)成為一體。電流控制逆變器并網(wǎng)模型也可以簡化,簡化模型如圖2-10所示。工作在電流控制模式下并網(wǎng)運行的逆變器系統(tǒng)就相當于一個電流源和一個電壓源串聯(lián)，電流由逆變器決定，電壓由電網(wǎng)決定。圖2-10電流控制并網(wǎng)簡化模型采用這種電流源控制模式，對電網(wǎng)來說，并網(wǎng)逆變器呈現(xiàn)出高阻抗特性。電網(wǎng)電壓的擾動對輸出電流的影響較小，從而改善了輸出電流的質(zhì)量。在本文中，認為逆變器輸出電流i0為逆變器并網(wǎng)時輸出電流，此時負載Z認為是電網(wǎng)上的一個負載，它和電網(wǎng)上的其它負載地位是一樣的，而在獨立運行時把Z

46、當作本地負載。為了能夠持續(xù)不斷地向電網(wǎng)提供電能，輸出電流必須與電網(wǎng)電壓同頻率，否則由于頻率不同會導致相位不斷變換，使逆變器不能向電網(wǎng)提供一個穩(wěn)定的功率。2.4.2幾種控制方法分析(1)實時電流的三角波比較方式(PI控制)控制方式原理圖如圖2-11所示。指令電流與并網(wǎng)電流的實時值進行比較，兩者的誤差經(jīng)過放大器后與三角波進行比較，以輸出PWM信號，放大器多采用比例或比例積分放大器。該控制方案的特點主要是跟隨誤差較大，軟硬件相對復雜，輸出電壓中含有主要與三角載波相同頻率的諧波，放大器的增益有限，功率器件的開關(guān)頻率固定的等于三角載波的頻率，電流響應(yīng)相對于瞬時值比較方式慢一些。圖2-11跟蹤實時電流的三

47、角波比較方式(2)重復控制重復控制理論是在80年代根據(jù)生產(chǎn)過程控制的實際需要而提出的控制系統(tǒng)設(shè)計理論，近年來這種控制方法也應(yīng)用于逆變電源的波形控制中，用來克服整流型負載引起的輸出波形周期性的畸變32。重復控制的基本思想源于控制理論中的內(nèi)模原理。所謂內(nèi)模原理，就是指外部信號的動力學模型包含在穩(wěn)定的閉環(huán)控制器內(nèi)以構(gòu)成高精度反饋控制系統(tǒng)的一種設(shè)計原理。這樣的系統(tǒng)能夠無靜差的跟隨輸入信號。假定前一個周期出現(xiàn)的基波波形畸變將在下一個基波周期的同一時刻重復出現(xiàn)，控制器根據(jù)給定信號和反饋信號的誤差確定所需的校正信號，然后在下一個基波周期的同一時間將此信號疊加到原信號上，以消除后面各周期中將出現(xiàn)的重復性畸變。

48、由控制理論知道，含有積分環(huán)節(jié)的閉環(huán)系統(tǒng)可以無靜差的跟蹤階越信號。與此類似，當內(nèi)模中數(shù)學模型描述的是周期性的信號時，那么閉環(huán)控制只要在其中植入同頻率的周期，則該控制系統(tǒng)對此周期性信號可以實現(xiàn)無靜差跟蹤。因此，重復控制對于消除非線性負載及其他周期性干擾引起的波形畸變，具有非常明顯的效果。重復控制雖然可以保證輸出波形質(zhì)量，但卻有一個致命的缺點，由于延遲因出，而是滯后一個參考周期后子的存在，重復控制得到的控制指令并不是立即輸消除干擾對輸出的影響至少需要一個參二;統(tǒng)對于才輸出,這樣，如果系統(tǒng)內(nèi)部后的一個參這一個周期系統(tǒng)近似處于開環(huán)控制一般和其他PWM控制方(3)滯環(huán)控制方式圖2-12所示為采用滯環(huán)比較器

49、的瞬時值比較方式原理圖。出現(xiàn)擾：考周期內(nèi)因此重復控制狀態(tài)式相結(jié)合，用來改善干擾并不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)很差，故重復輸出電壓波形。圖2-12用滯環(huán)比較器的電流瞬時值比較控制原理圖PWM恰號并網(wǎng)電流滯環(huán)控制就是將指令電流i和實際并網(wǎng)電流i進行比較，兩者的偏ref差作為滯環(huán)比較器的輸入。滯環(huán)比較器的環(huán)寬為2M，其中Ai為設(shè)定的最大電流偏移。當i超過i且偏移達到Ai時，滯環(huán)比較器將控制上下橋臂開通和關(guān)斷，使ref變壓器原邊電壓正負交替變化。從而迫使逆變器輸出電流不斷跟蹤給定電流的波形，僅在允許偏差范圍內(nèi)稍有波動。該控制方案的優(yōu)點是：硬件電路簡單易控，屬于實時控制方式，動態(tài)響應(yīng)快,有抑制電流

50、尖峰的能力，不用載波，輸出中不含特定頻率諧波分量。不足之處是：若滯環(huán)的寬度固定，電流跟隨的誤差范圍是固定的，但電力半導體器件的開關(guān)頻率卻隨著輸出電流和直流側(cè)電壓大小變化而變化，這將導致電流頻譜較寬，使得檢測信號的傳感器必須是具有寬頻帶的高性能傳感器，同時增加了濾波器設(shè)計的難度，可能會引起間接的諧波干擾。另外，滯環(huán)的環(huán)寬2Ai較難確定。環(huán)寬過大時，開關(guān)動作頻率降低，跟蹤誤差增大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差減小，但開關(guān)的動作頻率過高，開關(guān)損耗增大，甚至會超過可關(guān)斷器件的允許工作頻率范圍，導致電路無法正常工作。(4)有功無功解耦控制光伏發(fā)電并網(wǎng)運行時的電路原理和矢量圖如圖2-13所示，U為電網(wǎng)電壓，U為逆

51、變器輸出電壓，R為線路電阻(一般很小可以s0忽略)，L為串聯(lián)電抗器的電感，I為注入電網(wǎng)的電流。有功無功解耦控制下的光s伏逆變器并網(wǎng)控制框圖如圖2-13所示。圖2-13并網(wǎng)運行的電路原理圖和電路矢量圖(2-20)圖2-4的矢量圖可以用電壓方程式表示為U=MU(cosa+jsina)TOC o 1-5 h z0s式中M為調(diào)制深度。由逆變器輸入電網(wǎng)的電流的有功分量和無功分量分別(2-21)(2-22)MsinaUI=spX(Mcosa-1)U HYPERLINK l bookmark74 I=sQX由于a般很小，因此無功電流可由M來控制，有功電流分量由a來控制。該控制方案就是通過分別控制調(diào)制信號的相

52、位a和調(diào)制度M來控制逆變器輸出電壓的幅值和相位，從而達到逆變器并網(wǎng)輸出有功功率和無功功率的解耦控制，獲得單位功率因數(shù)的并網(wǎng)輸出電流16。這種控制方法可以控制并網(wǎng)功率的有功和無功分量，得到所需要的功率因數(shù)。(5)無差拍控制無差拍控制是一種基于電路系統(tǒng)狀態(tài)方程的控制方法。它的基本思想是將輸出正弦參考波等間隔地劃分為若干個取樣周期，根據(jù)每一個輸出信號取樣周期的起始值，用電路理論預測在關(guān)于取樣周期中心對稱的方波脈沖作用下的逆變輸出在取樣周期末尾時的值。這個輸出值的大小，與方波脈沖的極性和寬度有關(guān)，適當控制方波脈沖的極性和寬度，就能使輸出信號在取樣周期的末尾與輸出參考波形相重合。不斷調(diào)整每一取樣周期內(nèi)方

53、波脈沖的極性和寬度，就能獲得諧波失真小的輸出。此算法中，方波脈沖的極性和寬度是根據(jù)當前時刻的狀態(tài)向量和下一采用時刻的參考正弦值計算出來的，由負載擾動或非線性負載引起的輸出信號的偏差可在一個采樣周期內(nèi)得到修正。因此，無差拍控制有著非?？斓臅簯B(tài)響應(yīng)，當負載突然變化時，只需幾個開關(guān)周期就可以調(diào)整輸出信號，輸出能夠很好地跟蹤給定值，波形畸變率小，即便開關(guān)頻率不是很高，無差拍控制也能得到較好的輸出波形品質(zhì)。無差拍控制能夠使得輸出信號的相位與負載關(guān)系不大，它通過調(diào)節(jié)逆變橋的輸出相位來補償輸出LC濾波器的相位延時。但是，無差拍控制也存在有缺點：無差拍控制系統(tǒng)的魯捧性不強；系統(tǒng)的的誤差與輸出的LC等有關(guān)等。2

54、43使用雙電流閉環(huán)控制策略盡管LCL濾波器濾除高次諧波效果明顯，但是LCL濾波器是一個諧振電路，其諧振峰對系統(tǒng)的穩(wěn)定性及并網(wǎng)電流波形質(zhì)量有很大影響，所以設(shè)計控制器使系統(tǒng)穩(wěn)定運行是最主要問題。從系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析得出：基于并網(wǎng)電流單環(huán)PI控制無法使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，采用電感電流作為內(nèi)環(huán)電流反饋的電流雙環(huán)控制對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有明顯的改善。本文的逆變器采用電流雙環(huán)控制策略與電壓源逆變器的電壓電流雙環(huán)控制在原理上完全不同。并網(wǎng)逆變器控制為電流源實現(xiàn)并網(wǎng)功能，首先并網(wǎng)逆變器的指令為電流指令，其次電流控制器的響應(yīng)速度遠比電壓控制器的快，在設(shè)計上內(nèi)外環(huán)不能像電壓電流雙環(huán)一樣在設(shè)計電流內(nèi)環(huán)時可以忽略電壓外環(huán)的影響。

55、因此內(nèi)外環(huán)不能獨立設(shè)計，需要根據(jù)控制器的性能要求同時設(shè)計內(nèi)外環(huán)控制器參數(shù)。本論文探索設(shè)計的雙電流閉環(huán)控制就是利用并網(wǎng)電流為外環(huán)，電容電流作為內(nèi)環(huán)的反饋控制。采用如圖2-14所示的電容電流作為內(nèi)環(huán)反饋的雙環(huán)控制，在選擇合適的內(nèi)外環(huán)控制器參數(shù)情況下完全能夠使系統(tǒng)穩(wěn)定運行的。2-14電感電流外環(huán)電容電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)框圖G(s)G(s)G(s)G(s)G(s)(2-23)TOC o 1-5 h zic123*-i1+G(s)G(s)+G(s)G(s)+G(s)G(s) HYPERLINK l bookmark80 k2k12231c式中：G(s)=l.(Ls+R);G(s)=1(Cs)；G(s)=K；G(

56、s)=1(Ls+R);1112cc322G(s)=K+Ks。其根軌跡如圖2-15所示： HYPERLINK l bookmark90 ipi5RoutLocus-2.5-2-1.5-1-0.5RealAxis00.511.5xIO12O型xyA一EiITiE-2-3圖2-15電流i與i雙閉環(huán)控制的根軌跡c2其中電流內(nèi)環(huán)的目的是消除輸出電流中開關(guān)頻率諧波分量電流，同時增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性而無需考慮控制精度，為了便于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，調(diào)節(jié)器G(s)，cG(s)選擇比例調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)根軌跡如圖2-15所示，選擇合適的調(diào)節(jié)器G(s)和icG(s)可以使系統(tǒng)的根軌跡在復平面的左平面確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。i2.5本

57、章小結(jié)本文設(shè)計了單相逆變器并網(wǎng)主電路的拓撲結(jié)構(gòu)，對主電路中主要的參數(shù)進行了計算，分析了逆變器spwm的幾種調(diào)制方式，選取了單極性倍頻調(diào)制，然后對并網(wǎng)控制方法進行分析，使用了電流雙閉環(huán)控制策略，并對整個系統(tǒng)做了根軌跡分析。第3章系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析3.1單相逆變器開環(huán)仿真單相逆變器開環(huán)運行（獨立工作）時的仿真模型如圖3-1所示PulsesContinuousFV/MGeneratorUniversalBridge+己3(n|+Current昵吧話呱UBranchCurrentMeasntzDCVoItagrpowerguiSc：upe1Scopa2ScopaSeriesRLCSeriesP.LCBranch3tlv,JSSSIneMeasurement圖3-1單相逆變器開環(huán)運行時的仿真模型逆變器側(cè)電感電流i和負載側(cè)電感電流i波形如圖3-2所示L1L2圖3-2電感電流i和負載側(cè)電感