《電力電子應用技術(shù)-設計、仿真與實踐（微課版）》任務4 光伏逆變器的設計、仿真與實踐

電力電子技術(shù)系列課程電力電子技術(shù)·PowerElectronics第4章

光伏逆變器的設計、仿真與實踐2024/6/28電力電子技術(shù)目錄2.三相電壓源型逆變電路3.脈寬調(diào)制型逆變電路5.逆變器的設計與仿真1.智能功率模塊4.光伏發(fā)電系統(tǒng)6.逆變器的實踐調(diào)試4.1智能功率模塊結(jié)構(gòu)組成自保護功能智能功率模塊（IntelligentPowerModule，IPM）是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動類產(chǎn)品；采用標準化的接口，方便與控制電路板相連接；在故障情況下的有自保護能力，降低了使用中損壞的機會，提高了整機的可靠性。定義智能功率模塊IPM一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件，內(nèi)含電流傳感器及驅(qū)動電路的集成結(jié)構(gòu)。小功率器件采用多層環(huán)氧樹脂粘合絕緣系統(tǒng)，封裝費用特別低，適合低成本和尺寸要求的消費類和工業(yè)產(chǎn)品上；中、大功率器件采用陶瓷絕緣，保證所需的散熱特性和更大的載流容量。根據(jù)集成功率半導體器件IGBT的數(shù)量，通常IPM有四種電路形式，單管封裝（H型）、雙管封裝（D型）、六合一封裝（C型）、七合一封裝（R型），如圖所示。單管封裝的IPM模塊結(jié)構(gòu)只有一個功率管，適用于單相輸出。雙管封裝的IPM一般是兩只功率管串聯(lián)，適用于單相半橋電路。六管的IPM模塊，六個管子構(gòu)成三組橋臂，適用于三相全橋電路。七管IPM與六管基本一致，差別在于多了一個管子，該管常作為泄放管。IPM的封裝結(jié)構(gòu)組成4.1智能功率模塊結(jié)構(gòu)組成自保護功能智能功率模塊由功率器件、驅(qū)動控制電路和檢測保護電路等組成，如圖所示。電流檢測、電壓檢測以及溫度檢測器件與驅(qū)動電路連接，將檢測信號傳送給控制電路。驅(qū)動電路包含驅(qū)動保護電路以及芯片的供電電源電路，并設有端口與CPU連接。IPM中的每個功率器件都設有各自獨立的驅(qū)動電路和多種保護電路。一旦發(fā)生負載事故或者使用不當?shù)犬惓Ｇ闆r，模塊內(nèi)部立即以最快的速度進行保護，同時將保護信號送給外部CPU進行第二次保護。這種多重保護可以使IPM本身不受損壞，提高器件的可靠性，解決了長期困擾人們的器件損壞難題；而且IPM的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)換效率都優(yōu)于IGBT模塊。當IPM模塊中有一種保護電路動作時IGBT柵極驅(qū)動單元就會關(guān)斷并輸出一個故障信號(FO)。各種保護功能介紹如表所示。自保護功能IPM內(nèi)部保護功能框圖4.1智能功率模塊結(jié)構(gòu)組成自保護功能序號電路名稱電路功能1驅(qū)動電路設定了最佳的IGBT驅(qū)動條件，驅(qū)動電路與IGBT間的距離很短，輸出阻抗很低，因此，不需要加反向偏壓2過電流保護、短路保護通過檢測各IGBT集電極電流實現(xiàn)保護的，故能實時地監(jiān)測IGBT工作狀態(tài)，進行有效地保護3驅(qū)動電源欠電壓保護（UV）每個驅(qū)動電路都具有UV保護功能，當驅(qū)動電源電壓小于規(guī)定值UV時，產(chǎn)生欠電壓保護4過熱保護（OT）靠近IGBT芯片的絕緣基板上裝有溫度傳感器，IPM的超溫保護單元實時監(jiān)測IPM基板溫度，基板溫度超過熱斷開閥值（OT）時，IPM內(nèi)的溫度保護電路就會終止柵極驅(qū)動，對模塊實行軟關(guān)斷輸出故障信號5誤動作（FO）報警輸出當各種故障動作持續(xù)1ms以上，IPM即向外部CPU發(fā)出誤動作信號，直到故障撤銷為止。若報警時間大于1.8ms時，此時間內(nèi)IPM會封鎖門極驅(qū)動，直到持續(xù)時間結(jié)束，門極驅(qū)動通道開放。6制動電路和逆變橋一樣，內(nèi)含IGBT、FRD、驅(qū)動，通過外接制動電阻可以方便地實現(xiàn)能耗制動。保護電路名稱及功能4.2三相電源型逆變電路電路組成180°導電型工作方式120°導電型工作方式采用IGBT作為開關(guān)器件的電壓型三相橋式逆變電路如圖所示，它可以看成由三個電壓型單相半橋逆變電路組成。直流電源并聯(lián)有大容量濾波電容器，具有電壓源特性，內(nèi)阻很小。這使逆變器的交流輸出電壓被箝位為矩形波，與負載性質(zhì)無關(guān)。交流輸出電流的波形與相位則由負載功率因數(shù)決定。三相逆變電路由開關(guān)管和反并聯(lián)二極管組成6個橋臂，為濾波電容。6只開關(guān)管每隔電角度觸發(fā)導通1次，相鄰兩相的功率開關(guān)觸發(fā)導通時間互差，一個周期共換相6次，對應6個不同的工作狀態(tài)（又稱六拍）。根據(jù)開關(guān)的導通持續(xù)時間不同，可以分為導電型和導電型兩種工作方式。三相逆變電路電路組成4.2三相電源型逆變電路電路組成180°導電型工作方式120°導電型工作方式三相電壓源型橋式逆變電路的每個橋臂的導電角度均為180，同一相（即同一半橋）上下兩個橋臂交替導電，各相開始導電的角度依次相差120，從而輸出相位互差的交流電壓。在任一瞬間，有且只有三個橋臂同時導通，或兩個上橋臂和一個下橋臂同時導通，或一個上橋臂和兩個下橋臂同時導通。因為每次換流都是在同一相上、下兩個橋臂之間進行的，因此也被稱為縱向換流。為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時導通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。180°導電型工作方式下電路工作波形如圖249所示。逆變器直流側(cè)電壓為E，當上橋臂或下橋臂器件導電時，UVW三相相對于直流電源中點來說，其輸出分別為+E/2或-E/2。當負載為星形對稱負載時，逆變器輸出的相電壓波形為交流六階梯波，每60間隔就發(fā)生一次電平的突變，且電平取值分別為+-E/3、+-2E/3；逆變器輸出的線電壓波形為120交流方波、幅值為E。4.2三相電源型逆變電路電路組成180°導電型工作方式120°導電型工作方式20°導電型逆變電路6只開關(guān)管的導通順序仍是VT_1、VT_2、VT_3、VT_4、VT_5、VT_6，時間間隔仍為60°；但每只開關(guān)的導通時間為120°，任意瞬間只有兩個開關(guān)同時導通，它們的換流在相鄰橋臂中進行。120°導電型逆變電路的優(yōu)點是換流安全，因為在同一橋臂上兩只開關(guān)的導通間隔有固定的60°；但缺點是輸出電壓較低，相電壓為矩形波、幅值為E/2；線電壓為梯形波、幅值為E。工作波形如圖所示。與180°導電型對比可見，在同樣的E條件下，采用180°導電型逆變電路元器件利用率高，其輸出電壓也較高。但120°導電型可避免同相上下臂的直通現(xiàn)象，較為可靠。無論是180°還是120°導電型工作方式，諧波成分都比較大，會使電動機發(fā)熱加劇且轉(zhuǎn)矩脈動大，特別是低速時，會影響電動機轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)；電動機是感性負載，當電源頻率降低時，電動機的感抗減小，在電源電壓不變的情況下電流將增加，會造成過電流故障，因此變頻的同時還需改變電壓的大小。4.2三相電源型逆變電路電路組成180°導電型工作方式120°導電型工作方式逆變器基本電路所需要解決的主要問題是：如何減少或消除高次諧波；如何在變頻的同時，改變輸出電壓的大小。改善波形的辦法有兩種：一種是由幾臺方波逆變器以一定相位差進行多重化連接。另一種是采用脈寬調(diào)制（PWM）控制方式。目前通用變頻器均采用后一種方式。脈寬調(diào)制控制方式還可改變輸出電壓的大小。4.3.1基本概念1.面積等效原理2.正弦脈寬調(diào)制原理3.SPWM控制方式（a）電路圖

（b）響應波形

圖2-52測試電路及響應波形（a）矩形（b）三角形（c）正弦半波圖2-53形狀不同面積相等的各種窄脈沖總結(jié)引例分析當周期性地施加電壓脈沖時，電流響應也是周期性的。通過傅里葉級數(shù)分解，電流響應在低頻段的特性非常接近，在高頻段略有不同，與采樣控制理論中的結(jié)論是相符的。這一結(jié)論將作為PWM控制技術(shù)的重要理論基礎，稱為面積等效原理。以一個具體的R-L慣性電路環(huán)節(jié)為例，如圖2-52（a）所示，e(t)為輸入的電壓窄脈沖，面積相等形狀不同的各種脈沖如圖2-53所示。電流i(t)作為電路的輸出，不同窄脈沖時i(t)的響應波形如圖2-52（b）所示?？梢钥闯?，在i(t)的上升階段，脈沖形狀不同時i(t)的形狀略有不同，但其下降段幾乎完全相同，通過實驗可以驗證，當脈沖越窄時，各i(t)波形的差異也就越小。4.3.1基本概念1.面積等效原理2.正弦脈寬調(diào)制原理3.SPWM控制方式圖2-54正弦波PWM調(diào)制原理總結(jié)可以看出，脈沖序列中各脈沖的幅值相等，而寬變化度是按正弦規(guī)律的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，而且在同一時間段（如半波內(nèi)）的脈沖數(shù)越多、脈沖寬度越窄，不連續(xù)的、按正弦規(guī)律改變寬度的多脈沖電壓u2就越等效于正弦電壓u1。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。像這種脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化、和正弦波等效的PWM波形，稱為正弦脈寬調(diào)制（SinePulseWidthModulation，SPWM）。要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。分析圖片如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖來代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到如圖2-54（b）所示的脈沖序列，這就是PWM波形。

4.3.1基本概念1.面積等效原理2.正弦脈寬調(diào)制原理3.SPWM控制方式（a）單極性(b)雙極性圖2-55PWM控制波形單極性PWM控制雙極性PWM控制對于正弦波的負半周也采取同樣的方法，一個完整周期的等效PWM波形如圖2-55（a）所示。特點：在半個周期內(nèi)PWM波形的方向不變，這種控制方式稱為單極性PWM控制。根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為如圖2-55（b）所示的PWM波。特點：半周期內(nèi)，PWM波形的極性交替變換，稱為雙極性PWM控制，這種方式在實際中應用更為廣泛。4.3.1基本概念1.面積等效原理2.正弦脈寬調(diào)制原理3.SPWM控制方式圖2-56

單極性PWM驅(qū)動信號生成電路兩個輸入信號單極性SPWM控制方式PWM驅(qū)動信號生成電路又稱調(diào)制電路，由比較器、數(shù)字邏輯電路等組成，它有兩個輸入信號，如圖2-56所示。載波uc（三角波）正弦波ur載波uc（三角波），它是頻率為fc、幅值為Ucm的單極性三角波，fc通常較高（它取決于開關(guān)器件的開關(guān)頻率）。調(diào)制電路輸出信號UG1~UG4接開關(guān)器件VT1~VT4的柵極。

4.3.1基本概念1.面積等效原理2.正弦脈寬調(diào)制原理3.SPWM控制方式圖2-57單極性SPWM工作波形電路工作原理分析總結(jié)期間ur>uc，UA為負值、UB為正值，VT1、VT3截止，u0=0；期間ur>uc，UA為負值、UB為正值，VT1、VT3截止，u0=0；

①

輸出電壓u0是一個多脈沖波組成的交流電壓，脈沖波的寬度近似地按正弦規(guī)律變化。②

在正半周只有正脈沖電壓，在負半周只有負脈沖電壓，因此這種PWM控制稱為單極性SPWM控制。輸出電壓u0的基波頻率f1等于調(diào)制波頻率fr，輸出電壓u0的大小由電壓調(diào)制比M=Urm/Ucm決定。④

圖2-58所示的uo1即為輸出電壓u0的基波，載波比N=fc/fr越大，每半個正弦波內(nèi)的脈沖數(shù)目越多輸出電壓就越接近正弦波。③Ucm固定不變，改變Urm（改變調(diào)制比M）即可調(diào)控輸出電壓的大小，例如，增大Urm，M變大，每個脈沖波的寬度都增加，u0中的基波增大。4.3.1基本概念1.面積等效原理2.正弦脈寬調(diào)制原理3.SPWM控制方式圖2-58雙極性PWM驅(qū)動信號

生成電路圖2-59雙極性SPWM工作波形改變調(diào)制波的頻率，即可改變逆變器輸出基波的頻率（頻率可調(diào)范圍一般為）；改變調(diào)制波的幅值，便可改變輸出電壓基波的幅值。

逆變器輸出的雖然是調(diào)制方波脈沖，但由于載波信號的頻率比較高（可達以上），在負載電感（如電動機繞組的電感）的濾波作用下，可以獲得與正弦基波基本相同的正弦電流?？偨Y(jié)工作波形圖分析雙極性PWM驅(qū)動信號生成電路如圖2-58所示，調(diào)制波仍為幅值Urm、頻率fr的正弦波ur，載波變?yōu)榉礥cm、頻率fc的雙極性三角波uc。

無論在ur的正半周還是負半周，ur>uc期間，輸出電壓u0=+E；ur<uc期間，u0=-E；工作波形如圖2-59所示。輸出電壓在正負半周中都有正、負脈沖電壓，這種PWM控制稱為雙極性SPWM控制。4.3.2

逆變電SPWM路1.單相橋式SPWM控制逆變電路2.三相橋式SPWM控制逆變電路拓展學習圖2-60單相橋式SPWM控制逆變電路①單相橋式SPWM控制的電壓源型逆變電路如圖2-60所示，其調(diào)制方式既可以是單極性SPWM調(diào)制，也可以是雙極性SPWM調(diào)制；采用PID電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式。

②VT1~VT4開關(guān)管的SPWM控制信號來自控制電路。VT1，VT4開輸出為正；VT2,VT3開輸出為負。③微處理器通過AD口采集輸出負載端的電壓和電感上的電流，在微處理器內(nèi)部通過PI雙環(huán)控制，產(chǎn)生SPWM信號波輸出至驅(qū)動電路，輸出經(jīng)過LC濾波形成正弦波電壓。

分析④采用SPWM控制，逆變器相當于一個可控的功率放大器，既能實現(xiàn)調(diào)壓，又能實現(xiàn)調(diào)頻，加上它體積小，重量輕，可靠性高，而且調(diào)節(jié)速度快，系統(tǒng)動態(tài)響應性能好，因而在變頻器中獲得廣泛的應用。

4.3.2

逆變電SPWM路1.單相橋式SPWM控制逆變電路2.三相橋式SPWM控制逆變電路拓展學習圖2-61三相橋式SPWM控制逆變電路三相橋式SPWM控制逆變電路如圖2-61所示，這種電路都是采用雙極性控制方式。三相橋式PWM驅(qū)動信號生成電路（調(diào)制電路）如圖2-62所示

①電路引入了閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，Uo*為輸出電壓的指令值，Uo為輸出電壓的實測反饋值，電壓偏差?UO=Uo*-Uo。

③uUr,uVr,uWr與公用載波uc相比較產(chǎn)生驅(qū)動信號UG1~UG6，控制六個全控型開關(guān)器件的通、斷，從而控制逆變器輸出的三相交流電壓uUo(t)、uVo(t)、uWo(t)的瞬時值。U、V和W各相開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來說明。分析4.3.2

逆變電SPWM路1.單相橋式SPWM控制逆變電路2.三相橋式SPWM控制逆變電路拓展學習圖2-62三相橋式SPWM驅(qū)動信號生成電路①當uUr>uc時，UG1為正值驅(qū)動VT1導通，UG4為負值使VT4截止，uUo=+E/2；分析②當uUr<uc時，VT1截止/VT4導通，uUo=-E/2。④當給VT1(或VT4)加導通信號時，可能是VT1(或VT4)導通，也可能是二極管VD1

(或VD4)續(xù)流導通，這要由阻感性負載中電流的方向來決定，和單相橋式PWM型逆變電路在雙極性控制時的情況相同。③VT1和VT4的驅(qū)動信號始終是互補的。因為U、V和W各相開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來說明。引入4.3.2

逆變電SPWM路1.單相橋式SPWM控制逆變電路2.三相橋式SPWM控制逆變電路3.拓展學習圖2-63三相橋式SPWM控制逆變電路工作波形對比分析

當實際輸出電壓基波小于指令值(Uo<Uo*)時：當實際輸出電壓基波大于指令值(Uo>Uo*)時：電壓偏差UO=Uo*-Uo>0電壓調(diào)節(jié)器VR輸出的Urm增大，M值增大，使輸出電壓各脈寬加寬，輸出電壓Uo增大到給定值Uo*Uo<0；Urm減小，M減小，使輸出電壓Uo減到Uo*。如果電壓調(diào)節(jié)器VR為PI調(diào)節(jié)器（無靜差)，則可使穩(wěn)態(tài)時保持Uo*=Uo，即當電源E電壓改變或負載改變而引起輸出電壓偏離給定值時，電壓閉環(huán)控制可使輸出電壓Uo跟蹤并保持為給定值Uo*。

這種控制技術(shù)也叫做PWM跟蹤控制技術(shù)。4.3.2

逆變電SPWM路1.單相橋式SPWM控制逆變電路2.三相橋式SPWM控制逆變電路3.拓展學習圖2-64分段調(diào)制舉例同步調(diào)制中,N為常數(shù)，一般取N為3的整數(shù)倍的奇數(shù)。這種方式可保持輸出波形的三相之間對稱，這種調(diào)制方式最高頻率與最低頻率輸出脈沖數(shù)是相同的。低頻時會顯得N值過小，導致諧波含量變大，轉(zhuǎn)矩波動加大。

異步調(diào)制中，改變正弦波信號fr的同時，三角波信號的fc值不變。這種方式在低頻時，N值會加大，克服了同步調(diào)制中的頻率不良現(xiàn)象。這種調(diào)制方式下由于N是變化的，會造成輸出三相波形的不對稱，使諧波分量加大。但隨功率器件性能的不斷提高，如能采用較高的頻率工作，以上缺點就不突出了。將調(diào)制過程分成幾個同步段調(diào)制，這樣既克服了同步調(diào)制中的低頻N值太低的缺點，又具有同步調(diào)制的三相平衡的優(yōu)點。這種方式的缺點是在N值的切換點處會出現(xiàn)電壓突變或振蕩，可在臨界點采用滯后區(qū)的方法克服。分段同步調(diào)制的例子如圖2-64所示。概念載波頻率fc與調(diào)制頻率fr之比稱為調(diào)制比N。即N=fc/fr，在調(diào)制過程中可采用不同的調(diào)制比。它可分為：同步調(diào)制、異步調(diào)制和分段調(diào)制三種。同步調(diào)制異步調(diào)制分段調(diào)制4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)用處：家用光伏發(fā)電系統(tǒng)是指供給無電或缺電的家庭、小單位等所使用的小型離網(wǎng)獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)；特點：其具有靈活多樣、功率小、安裝方便的特點，既不占用額外土地，又有顯著的減排生態(tài)效益，被廣大邊遠地區(qū)的農(nóng)牧民、邊防海島用戶以及離公共電網(wǎng)較遠區(qū)域的居民所接受，如圖2-65所示。光伏組件、蓄電池光伏控制器和逆變器等組成如圖2-66所示。逆變器是把太陽能電池組件或者蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應給電網(wǎng)或者交流負載使用的設備。圖2-65家用光伏電站圖2-66離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹組成及功能4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)家用光伏發(fā)電系統(tǒng)組成光伏組件：太陽能光伏組件既是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分。蓄電池：蓄電池的作用主要是存儲太陽能光伏組件發(fā)出的電能，并可隨時向負載供電。光伏控制器：光伏控制器是具有防止蓄電池過充放電、系統(tǒng)短路和極性反接、夜間防反充等保護功能的電子設備。逆變器：逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的另一個重要組成部分。4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)說明：太陽能光伏組件既是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是光伏發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分；圖2-67光伏組件作用：其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，并送往蓄電池中存儲起來，也可以直接用于推動負載工作。（1）光伏組件4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)作用：主要是存儲太陽能光伏組件發(fā)出的電能，并可隨時向負載供電。圖2-68蓄電池組（2）蓄電池現(xiàn)狀：目前我國與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎳鎘蓄電池。當需要大容量電能存儲時，就需要將多只蓄電池串、并聯(lián)起來構(gòu)成蓄電池組。如圖2-68所示。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池的基本要求：自放電率低、使用壽命長、充電效率高、深放電能力強、工作溫度范圍寬、少維護或免維護以及價格低廉等。4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2-69所示。圖2-69光伏控制器（3）光伏控制器作用：光伏控制器是具有防止蓄電池過充放電、系統(tǒng)短路和極性反接、夜間防反充等保護功能的電子設備。說明：由于蓄電池組過充電或過放電后將嚴重影響其性能和壽命，因此光伏控制器在光伏系統(tǒng)中是必不可少的。功能：有光控開關(guān)、時控開關(guān)等工作模式在溫差較大的地方，控制器還具有溫度補償功能。充電狀態(tài)、蓄電池電量等各種工作狀態(tài)的顯示功能4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（4）逆變器說明：逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的另一個重要組成部分，如圖2-70所示。圖2-70光伏逆變器作用：將太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電以供家庭或商業(yè)用途，如圖2-70所示。情景：

①在電氣工程中，逆變器需要了解其輸入電流和電壓的特性，并為其提供適當?shù)碾娫础?/p>

②自動化技術(shù)可以用于逆變器的控制和監(jiān)測，以最大化其效率和可靠性。逆變器按運行方式可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)①太陽能電池組件構(gòu)成的光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，通過匯流箱匯流，再經(jīng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電②根據(jù)光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定的光伏發(fā)電站容量，確定光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)的電壓等級，由變壓器升壓后，接入公共電網(wǎng)。圖2-71并網(wǎng)光伏電站的系統(tǒng)組成

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指由多個光伏發(fā)電系統(tǒng)組成的電力發(fā)電系統(tǒng)，通過并網(wǎng)方式向電網(wǎng)供電發(fā)電能力從幾十千瓦到數(shù)百兆瓦不等，典型特征為不需要蓄電池，具有維護成本低的優(yōu)勢。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由太陽能電池組件、逆變器、變壓器、配電柜、監(jiān)控系統(tǒng)等組成，如圖2-71所示。說明特點組成工作原理：4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏陣列防雷匯流箱：單塊太陽能光伏組件并不能滿足功率要求，常將若干個組件按一定方式組裝在支架上，形成光伏陣列。并網(wǎng)逆變器：將電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻、同相的正弦波電流，饋入公共電網(wǎng)。交流配電柜：用于實現(xiàn)逆變器輸出電量的輸出、監(jiān)測、顯示以及設備保護等功能的交流配電單元。計算機監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)視、測量和控制，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在光伏陣列防雷匯流箱里配置了光伏專用的直流防雷模塊（如圖2-73所示）、直流熔斷器和斷路器等電氣部件，方便維護，提高可靠性和實用性。（a）外觀圖

（b）內(nèi)部圖圖2-72光伏陣列防雷匯流箱圖2-73防雷模塊（1）光伏陣列防雷匯流箱光伏陣列：常將若干個組件按一定方式（串、并聯(lián)）組裝在支架上，形成太陽能電池陣列（Solar

Array或PV

Array），也稱為光伏陣列。改善：為了減少光伏陣列與逆變器之間的連線，一般在光伏陣列與逆變器之間增加光伏陣列防雷匯流箱，如圖2-72所示。分析4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻、同相的正弦波電流，饋入公共電網(wǎng)（a）應用場景

（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-74并網(wǎng)逆變器（2）并網(wǎng)逆變器作用：特點：具有高效率、高可靠性、直流輸入電壓寬范圍、正弦波輸出失真度小等特點，如圖2-74所示。4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通過交流配電柜為逆變器提供輸出接口，配置輸出交流斷路器直接并網(wǎng)（或供交流負載使用），在光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要維修時，不會影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)（或負載）的安全，同時也保證了維修人員的人身安全。（a）外觀圖

（b）內(nèi)部圖

圖2-75交流配電柜（3）交流配電柜說明：交流配電柜是用于實現(xiàn)逆變器輸出電量的輸出、監(jiān)測、顯示以及設備保護等功能的交流配電單元，如圖2-75所示。交流配電柜可以將逆變器輸出的交流電接入后，經(jīng)過斷路器接入電網(wǎng)，以保證系統(tǒng)的正常供電，同時還能對線路電能進行計量。作用優(yōu)點4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.1家用光伏發(fā)電系統(tǒng)4.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)功能：通過對光伏電站的運行狀態(tài)、設備參數(shù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等進行監(jiān)視、測量和控制，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。（a）結(jié)構(gòu)圖

（b）監(jiān)控界面圖2-76計算機監(jiān)控系統(tǒng)（4）計算機監(jiān)控系統(tǒng)展開：計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般分為三個層次，如圖2-76所示。站控層網(wǎng)絡層間隔層4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證引言

逆變器本質(zhì)是變頻器，變頻器是一種將一種頻率的電源變換成另一種頻率電源的器件。如變頻器可以將直流電逆變成不同頻率的交流電，將交流電變換成直流電，或逆變成不同頻率的交流電，甚至可以將一定頻率的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。通過變頻器可以實現(xiàn)整流、直流斬波、逆變、交-交變頻及交-直-交變頻等。逆變器的種類很多,可按照不同方法進行分類。這里僅介紹幾種常見分類。頻率輸出相數(shù)電能去向電路形式輸出波形分類4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證逆變器的分類按逆變器輸出交流電能的頻率，可分為工頻逆變器、中頻逆變器和高頻逆變器。其中，工頻是指交流電力系統(tǒng)的標稱頻率值，是電氣質(zhì)量的重要指標之一。按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。工頻逆變器頻率為50Hz到60Hz中頻逆變器頻率一般為400Hz到10kHz高頻逆變器頻率一般為十幾kHz到MHz1.頻率2.輸出相數(shù)4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證按逆變器輸出電能的去向，可分為有源逆變器和無源逆變器。3.電能去向?qū)⒛孀冸娐返慕涣鱾?cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電反送到電網(wǎng)去，稱為有源逆變器；將逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而是直接接到負載，即將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負載稱為無源逆變器。有源逆變器無源逆變器主要用于直流電機的可逆調(diào)速、繞線型異步電機的串級調(diào)速、高壓直流輸電和太陽能發(fā)電等方面。此類逆變器在交流電機變頻調(diào)速、感應加熱、不停電電源等方面應用十分廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。用途用途4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證按逆變器主電路的形式，可分成四種。4.電路形式單端式逆變器推挽式逆變器半橋式逆變器全橋式逆變器單端是指只有一個晶體管或電子管負責處理信號的正負兩個半周推挽是指二個晶體管或電子管各負責處理信號的正負兩個半周缺點:線路相對復雜，對維修技術(shù)要求高，價格較貴。5.輸出波形方波：①方波逆變器輸出的交流電壓波形為50Hz。

②線路比較簡單，使用的功率開關(guān)管數(shù)量少。設計功率一般在幾十瓦至幾百瓦之間。

③含有大量高次諧波，在以變壓器為負載的用電器中將產(chǎn)生附加損耗，對收音機和某些通信設備也有干擾此外，這類逆變器中有的調(diào)壓范圍不夠?qū)?，有的保護功能不夠完善，噪聲也比較大。正弦波：優(yōu)點：輸出波形好，失真度低，對通信設備無干擾，噪聲也很低。此外，保護功能齊全，對電感型和電容型負載適應性強。4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的技術(shù)要求引言逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的核心，不僅要監(jiān)測網(wǎng)源兩側(cè)的電力同步，還要具有最大功率追蹤(MPPT)、孤島效應及監(jiān)測、低電壓穿越等功能。掌握并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)對推廣并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能減排有著十分重要的意義。在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的輸出應為失真度較小的正弦波較高的可靠性直流輸入電壓有較寬的適應范圍由于目前太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設法提高逆變器的效率。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠地區(qū)，許多電站無人值守和維護，這就要求逆變器具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護功能，如輸入直流極性接反保護，交流輸出短路保護，過熱、過載保護等。由于太陽電池的端電壓隨負載和日照強度而變化，蓄電池雖然對太陽電池的電壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動，特別是當蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載為通信或儀表設備，這些設備對供電品質(zhì)有較高的要求。另外，系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，為避免對公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出失真度滿足要求的正弦波形。較高的逆變效率4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)不需要經(jīng)過蓄電池儲能，而是直接通過并網(wǎng)逆變器將電能饋入公共電網(wǎng)，所以必須保持兩組電源電壓、相位、頻率等電氣特性的一致性，否則會造成兩組電源相互間充、放電，引起整個電源系統(tǒng)內(nèi)耗和不穩(wěn)定。引言光伏電池陣列DC/DC變換器逆變器集成的繼電保護裝置典型的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)包括：①通過DC/DC升壓斬波變換器，可以在變換器和逆變器之間建立直流環(huán)。④繼電保護系統(tǒng)可以保證光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡的安全性。③逆變器用來向交流電網(wǎng)系統(tǒng)提供功率②升壓斬波器根據(jù)電網(wǎng)電壓的大小用來提升光伏陣列的電壓以達到一個合適的水平，同時DC/DC變換器也作為最大功率點跟蹤器，增大光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟性能。圖2-77并網(wǎng)光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.結(jié)構(gòu)組成4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證并網(wǎng)逆變器基本電路包含：輸入電路、輸出電路、主逆變開關(guān)電路(簡稱主逆變電路)、控制電路、輔助電路和保護電路等模塊，如圖2-78所示。各模塊作用如表25所示。圖2-78逆變器電路模塊目前逆變器多數(shù)采用電力場效應晶體管（P-MOSFET）、絕緣柵極晶體管（IGBT）以及智能型功率模塊（IPM）等多種先進且易于控制的大功率器件，控制逆變驅(qū)動電路也從模擬集成電路發(fā)展到單片機控制，甚至采用數(shù)字信號處理器（DSP）控制，先進的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復控制技術(shù)、模糊邏輯控制技術(shù)等在逆變器中得到應用，使逆變器向著高頻化、節(jié)能化、全控化、集成化和多功能化方向發(fā)展。說明現(xiàn)狀4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證序號模塊作用1輸入電路為主逆變電路提供可確保其正常工作的直流工作電壓2主逆變電路通過半導體開關(guān)器件的導通和關(guān)斷完成逆變的功能。逆變器的核心，分為隔離式和非隔離式兩大類，常用的半導體功率開關(guān)器件主要有晶閘管、大功率晶體管，功率場效應晶體管及功率模塊等3輸出電路對主逆變電路輸出的交流電的波形頻率，電壓、電流的幅值和相位等進行修正、補償、調(diào)理，使之能滿足使用需求4控制電路為主逆變電路提供一系列的控制脈沖來控制逆變開關(guān)器件的導通與關(guān)斷，配合主逆變電路完成逆變功能5輔助電路將輸入電壓變換成適合控制電路工作的直流電壓。輔助電路還包含了多種檢測電路6保護電路包括輸入過電壓、欠電壓保護電路，輸出過電壓、欠電壓保護電路，過載保護電路，過電流和短路保護電路，過熱保護電路等表25逆變器組成模塊功能說明4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證2.基本拓撲根據(jù)有無隔離變壓器，光伏并網(wǎng)逆變器可分為隔離型和非隔離型兩種，其中隔離型又分為工頻隔離型和高頻隔離型，非隔離型又分為單級非隔離型和多級非隔離型。光伏并網(wǎng)逆變器隔離型非隔離型工頻隔離型高頻隔離型多級非隔離型單級非隔離型4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器①體積大、質(zhì)量重、噪音高、效率低4.5.3仿真驗證（1）隔離型光伏逆變器根據(jù)隔離變壓器的工作頻率，可以將其分為工頻隔離型和高頻隔離型兩類。工頻隔離型是光伏并網(wǎng)逆變器最常用的結(jié)構(gòu)，也是目前市場上使用最多的光伏逆變器類型，其結(jié)構(gòu)如圖2-80所示分析③也保證了系統(tǒng)不會向電網(wǎng)注入直流分量，有效地防止配電變壓器飽和。①工頻變壓器同時完成電壓匹配以及隔離功能②有效防止人接觸到直流側(cè)的正極或負極，降低電網(wǎng)電流通過橋臂形成回路對人構(gòu)成傷害的可能性，提高系統(tǒng)的安全性②它占逆變器總重量的50%左右，使得逆變器外形尺寸難以減?、酃ゎl變壓器的存在還增加了系統(tǒng)損耗、成本，并增加了運輸、安裝的難度。優(yōu)點缺點4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證說明：單相工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器如圖2-79所示，一般可采用全橋或半橋結(jié)構(gòu)。特點：這類單相結(jié)構(gòu)常用于幾千瓦以下功率等級的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其中直流工作電壓一般小于600V。（1）隔離型光伏逆變器工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器常規(guī)的拓撲形式有單相結(jié)構(gòu)、三相結(jié)構(gòu)等。圖2-79單相工頻隔離型電路拓撲單相工頻隔離型4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證圖2-80三相工頻隔離型電路拓撲（1）隔離型光伏逆變器工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器常規(guī)的拓撲形式有單相結(jié)構(gòu)、三相結(jié)構(gòu)等。說明：三相工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器如圖2-80所示，一般可采用全橋或三電平半橋結(jié)構(gòu)。特點：①這類三相結(jié)構(gòu)常用于數(shù)十甚至數(shù)百千瓦以上功率等級的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。②其中三相全橋結(jié)構(gòu)的直流工作電壓一般在450V到820V;

③而三電平半橋結(jié)構(gòu)的直流工作電壓一般在600到1000V。④另外三電平半橋結(jié)構(gòu)可以取得更好波形品質(zhì)。三相工頻隔離型4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證（1）隔離型光伏逆變器高頻隔離型背景：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，為減小逆變器的體積和質(zhì)量，高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)應運而生。分析：在具體的電路結(jié)構(gòu)上，高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器前級DC/DC部分可采用推挽式、半橋式以及全橋式變換電路形式；后級逆變器部分可采用半橋式和全橋式等變換電路形式，關(guān)系如下圖。高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器前級DC/DC后級逆變器推挽式全橋式多級非隔離型半橋式半橋式全橋式①實際應用中可根據(jù)最終輸出的電壓等級以及功率大小確定合適的電路拓撲形式。②一般而言，推挽式電路適用于低壓輸入變換場合，半橋和全橋電路適用于高壓輸入場合說明4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證高頻電壓型全橋逆變器采用SPWPM調(diào)制方式，將光伏陣列發(fā)出的直流電壓逆變成雙極性三電平SPWM高頻脈沖信號；高頻變壓器將該信號升壓后傳輸給后級橋式整流電路，電感濾波后，變換成半正弦波形；最后由全橋逆變器輸出工頻正弦波饋入電網(wǎng)。高頻隔離型隔離型光伏逆變器全橋式DC/DC變換型光伏并網(wǎng)逆變器電路構(gòu)成如右圖，由高頻電壓型全橋逆變器、高頻變壓器、橋式整流電路、直流濾波電感和全橋逆變器組成，如圖2-81所示。圖2-81全橋式DC/DC變換型光伏并網(wǎng)逆變器電路拓撲分析高頻電壓型全橋逆變器高頻變壓器橋式整流電路直流濾波電感全橋逆變器4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證非隔離型光伏逆變器為了盡可能地提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的效率和降低成本，在不需要強制電氣隔離的條件下，可以采用不隔離的無變壓器型拓撲方案。背景③其輸出功率小于1kW，主要用于戶用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)的主電路也比較簡單，但由于每組光伏陣列只能在工頻電網(wǎng)的半周內(nèi)工作，效率相對較低?；贐uck-Boost電路的單級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)：拓撲結(jié)構(gòu)如圖2-82所示組成：由兩組光伏陣列和Buck-Boost型斬波器組成特點：①由于中間儲能電感的存在，這種非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的輸出交流端無需接入流過工頻電流的電感，因此逆變器的體積、質(zhì)量大為減小。工作原理：兩個Buck-Boost型斬波器工作在固定開關(guān)頻率的電流不連續(xù)狀態(tài)（discontinuouscurrentmode，DCM）下，并且在工頻電網(wǎng)的正負半周中控制兩組光伏陣列交替工作。圖2-82基于Buck-Boost單級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器拓撲②無需變壓器便能適配較寬的光伏陣列電壓以滿足并網(wǎng)發(fā)電要求。4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證①在傳統(tǒng)拓撲的非隔離式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，太陽能電池組件輸出電壓必須在任何時刻都大于電網(wǎng)電壓峰值，所以需要光伏組件串聯(lián)，來提高光伏系統(tǒng)輸入電壓等級。

②但是多個光伏組件串聯(lián)常常可能由于部分電池板被云層等外部因素遮蔽，導致光伏組件輸出能量嚴重損失，輸出電壓跌落，無法保證輸出電壓在任何時刻都大于電網(wǎng)電壓峰值，使整個光伏并網(wǎng)系統(tǒng)不能正常工作，而且只通過一級能量變換常常難以很好地同時實現(xiàn)最大功率跟蹤和并網(wǎng)逆變兩個功能。

③雖然上述基于Buck-Boost電路的單級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器能克服這一不足，但其需要兩組光伏陣列連接并交替工作。現(xiàn)狀可以采用多級變換的非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器來解決這一問題，通常多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的拓撲由兩部分構(gòu)成，即前級的DC/DC變換器以及后級的DC/AC變換器，如圖2-83所示。圖2-83多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器框圖解決方法非隔離型光伏逆變器4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證非隔離型光伏逆變器設計多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的設計關(guān)鍵在于DC/DC變換器的電路拓撲選擇，從DC/DC變換器的效率角度來看，Buck和Boost變換器效率是最高的。若要并網(wǎng)發(fā)電，則必須使得光伏陣列的電壓要求匹配在較高等級，這將給光伏系統(tǒng)帶來很多問題。Buck變換器是降壓變換器，無法升壓Buck變換器很少用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。Boost變換器為升壓變換器，從而可以使光伏陣列工作在一個寬泛的電壓范圍內(nèi)，因而直流側(cè)光伏組件的電壓配置更加靈活Boost電路結(jié)構(gòu)上與網(wǎng)側(cè)逆變器下橋臂的功率管共地，驅(qū)動相對簡單通過適當?shù)目刂撇呗钥梢允笲oost變換器的輸入端電壓波動很小，提高了最大功率點跟蹤的精度4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證總結(jié)：①Boost變換器在多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器拓撲設計中是較為理想的選擇。②Boost多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的主電路拓撲圖如圖2-84所示該電路為雙級功率變換電路。③前級采用Boost變換器完成直流側(cè)光伏陣列輸出電壓的升壓功能以及系統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)，后級DC/AC部分一般采用經(jīng)典的全橋逆變電路完成系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變功能。圖2-84基于Boost多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器拓撲非隔離型光伏逆變器4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證組成：由光伏陣列模塊、DC/DC升壓模塊、IPM（智能功率模塊）、TMS20F2812DSP控制模塊、LC濾波模塊五部分組成，如圖2-58所示。IPM（智能功率模塊）作為逆變器的主電路，TMS20F2812DSP作為核心控制芯片完成SPWM的算法，驅(qū)動IPM模塊實現(xiàn)DC/AC變換。各個模塊如表26所示。圖2-85基于IPM的逆變器系統(tǒng)框圖5kW的離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證表26逆變器各模塊功能說明這里重點講解DC/DC升壓模塊。組成：DC/DC升壓模塊由專用脈寬調(diào)制芯片TL494

、變壓器及外圍電路組成特點：結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、可靠性高，電路原理如圖2-86所示。

說明：TL494內(nèi)部集成了脈寬調(diào)制電路，片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）；內(nèi)置5V誤差放大器；內(nèi)置參考基準電壓源，可調(diào)整死區(qū)時間；內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動能力；推或拉兩種輸出方式。分析4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證TL494集成脈寬調(diào)制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-87所示。圖2-87TL494集成脈寬調(diào)制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路設計中需要注意：①逆變器和電池之間需要使用直流斷路器進行保護。②逆變器和電池之間可以使用直流負載開關(guān)進行控制。圖2-86基于TL494組成的直流升壓器原理圖總結(jié)4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器說明4.5.3仿真驗證光伏逆變器的電路拓撲如圖2-88所示，該電路結(jié)構(gòu)是多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器電路拓撲結(jié)構(gòu)，是由下圖四部分所組成。圖2-88光伏逆變器電路拓撲圖電源Boost升壓電路逆變電路觸發(fā)脈沖電路其中太陽能板作為電源使用，為電路工作供給電壓。太陽能板輸出的電壓經(jīng)Boost升壓電路升壓處理，然后再經(jīng)逆變電路轉(zhuǎn)化為交流電輸入到電網(wǎng)進行電能儲存及使用分析4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證光伏逆變電路中的觸發(fā)脈沖回路分為Boost控制回路和逆變電路的PWM信號產(chǎn)生回路兩個部分其中Boost控制回路需要用到MPPT算法，MPPT算法在上文中有詳細講解，而逆變電路的PWM信號產(chǎn)生部分在本仿真中選取方波電源作為觸發(fā)脈沖控制器進行講解，接下來對光伏逆變電路的仿真分為四個步驟進行講解。引入搭建仿真模型

仿真結(jié)果分析光伏逆變電路的仿真電路仿真電路元件參數(shù)設置4.5逆變器的設計與仿真4.5.1逆變器概述4.5.2并網(wǎng)逆變器4.5.3仿真驗證1.搭建仿真模型（4)放置測量探頭，測量需要觀察的電壓、電流等參數(shù)。本仿真案例中放置的電壓與電流探頭可用來測量太陽能板輸出電壓和電流、以及逆變完成后的電壓和電流等多個參數(shù)。光伏逆變器仿真模型的前端升壓選用Boost拓撲，后級逆變選擇H4拓撲。搭建完成后的主電路模型如圖2-89所示。(1)打開PSIM軟件，新建一個仿真電路原理圖設計文件。（2)根據(jù)圖2-88所示的電路拓撲圖，從PSIM元件庫中選取光伏逆變主電路所需的太陽能板、電感、電容、二極管