一种单相级联逆变器的研究

合集下载

单相光伏并网逆变器控制策略研究

单相光伏并网逆变器控制策略研究
随着能源需求的快速增长和环境保护意识的提高，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注和应用。

而光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其控制策略的研究对于提高光伏发电系统的性能和效率具有重要意义。

在单相光伏并网逆变器的控制策略研究中，首先需要考虑的是逆变器的稳定性和可靠性。

在逆变器设计中，采用合适的控制算法，能够有效提高逆变器的稳定性，减少系统的故障率。

同时，还需要考虑逆变器的输出电压和电流的波形质量，以保证光伏发电系统的输出功率稳定和高效。

另外，单相光伏并网逆变器的控制策略研究还需要关注逆变器的响应速度和动态性能。

在光伏发电系统中，由于天气变化等原因，光伏电池的输出功率会发生变化，因此逆变器需要具备快速响应的能力，以实现对光伏电池输出功率的有效控制。

此外，单相光伏并网逆变器的控制策略还需要考虑并网电网的要求。

在并网过程中，逆变器需要满足电网的电压和频率的要求，同时还需要具备对电网电压和频率的检测和保护功能，以确保光伏发电系统与电网之间的安全运行。

最后，单相光伏并网逆变器的控制策略还需要考虑逆变器的效率和功率因数。

在光伏发电系统中，逆变器的效率和功率因数
直接影响系统的发电效率和经济性。

因此，在控制策略的设计中，需要综合考虑逆变器的效率和功率因数的优化。

综上所述，单相光伏并网逆变器的控制策略研究涉及逆变器的稳定性、波形质量、响应速度、动态性能、并网要求、效率和功率因数等多个方面。

通过合理设计和优化控制策略，能够提高光伏发电系统的性能和效率，进一步推动光伏发电技术的发展和应用。

毕业设计单相逆变器并网技术研究

摘要摘要随着“绿色环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到了迅速的推广，这使得研究可再生能源回馈电网技术具有了十分重要的现实意义。

如何可靠地、高质量地向电网输送功率是一个重要的问题，因此在可再生能源并网发电系统中起电能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。

本文以全桥逆变器为对象，详细论述了基于双电流环控制的逆变器并网系统的工作原理，推导了控制方程。

内环通过控制LCL滤波中的电容电流，外环控制滤波后的网侧电流。

大功率并网逆变器的开关频率相对较低，相对于传统的L 型或LC 型滤波器，并网逆变器采用LCL 型输出滤波器具有输出电流谐波小，滤波器体积小的优点，在此基础上本系统设计了LCL滤波器。

本文分析比较了单相逆变器并网采用单闭环和双闭环两种控制策略下的并网电流，并对突加扰动情况下系统动态变化进行了分析。

在完成并网控制系统理论分析的基础上，本文设计并制作了基于TMS320LF2407DSP的数字化控制硬件实验系统，包括DSP 外围电路、模拟量采样及调理电路、隔离驱动电路、保护电路和辅助电源等,最后通过MATLAB仿真软件进行验证理论的可行性,实现功率因数为1的并网要求。

关键词并网逆变器；LCL滤波器；双电流环控制；DSPWith the concept of”Green and Environmental Protection”was proposed．All kinds of new energy exploitation program are in the rapid promotion，which is in order to solve the power shortage，pollution and other issues．It makes exploring renewable energy feedback the grid technology has a very important practical significance．How to deliver power into the grid reliably and quality is an important problem，the inverter mat Can transform the electrical energy in the system of the renewable resource to be fed into the grid is becoming one of the hot points in intemational research．Based on the bridge inverter the analysis of the working principle and the deduction of the control equation have been presented. The strategy integrates an outer loop grid current regulator with capacitor current regulation to stabilize the system. The current regulation is used for the outer grid current control loop. The frequency of switching is slower in the high power grid-connected inverter. Compared with tradition type L or type LC, output filter and output current‟s THD of type LCL are all smaller.So on this basis, the system uses the LCL filter. This paper compares the net current of the single-phase inverter and net single loop and double loop under two control strategies, and the case of sudden disturbance of the dynamic change of the system.In complete control system on the basis of theoretical analysis, design and production of this article is based on TMS320LF2407DSP‟s digital control hardware test system, including the DSP external circuit, analog sampling and conditioning circuit, isolation, driver circuit, protection circuit and auxiliary power, etc., via MATLAB software to validate the feasibility of the theory. Achieve power factor is 1 and network requirements.Keywords Grid-connected inverter;LCL filter; Double current loop control;DSP目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1国内外可再生能源开发的现状及前景 (1)1.1.1 可再生能源开发的现状及前景 (1)1.1.2可再生能源并网发电系统 (3)1.2并网逆变器的研究现状及趋势 (4)1.3本文的结构及主要内容 (6)第2章单相并网逆变器总体设计 (8)2.1并网逆变器组成原理及主体电路硬件设计 (8)2.1.1 系统逆变主体电路拓扑结构及原理 (8)2.1.2 系统主体电路参数设计 (9)2.2逆变器的SPWM调制方式分析 (10)2.3LCL滤波器的设计 (14)2.3.1 利用隔离变压器漏感确定LCL滤波 (14)2.3.2 LCL滤波器数学模型及波特图分析 (15)2.3.3 LCL滤波器的参数设计 (16)2.4并网控制策略的提出 (18)2.4.1 电流型并网模型分析 (18)2.4.2 几种控制方法分析 (20)2.4.3 使用双电流闭环控制策略 (23)2.5本章小结 (25)第3章系统仿真及结果分析 (26)3.1单相逆变器开环仿真 (26)3.2单相逆变器并网单闭环仿真分析 (27)3.3基于双电流环的单相逆变器并网仿真分析 (28)3.4突加扰动时系统动态分析 (29)3.5本章小结 (31)第4章数字化并网控制系统硬件设计 (32)4.1基于DSP的并网控制系统整体设计 (32)4.2系统电路设计 (33)4.2.1 DSP外围电路设计 (33)4.2.2 模拟信号采样电路 (34)4.2.3 隔离、驱动电路 (36)4.2.4 多功能控制电源设计 (37)4.2.5 保护电路设计 (38)4.3本章小结 (38)结论 (39)参考文献 (42)致谢 .................................................................................... 错误！未定义书签。

单相光伏并网逆变器的研究

安全性：提高光伏并网逆变器的安全性，降低安全隐患，提高用户满意度。
提高逆变器的效率和稳定性
降低逆变器的成本和体积
提高逆变器的智能化程度
研究新型光伏并网逆变器拓扑结构
研究光伏并网逆变器的控制策略和算法
研究光伏并网逆变器的故障诊断和保护技术
降低生产成本，受雷击损坏
06
家庭光伏发电系统商业光伏发电系统工业光伏发电系统
农业光伏发电系统公共设施光伏发电系统交通设施光伏发电系统
效率高：单相光伏并网逆变器效率更高，可以更好地利用太阳能资源。稳定性好：单相光伏并网逆变器稳定性好，可以更好地适应各种环境条件。安全性高：单相光伏并网逆变器安全性高，可以更好地保障用户的安全。成本较低：单相光伏并网逆变器成本较低，可以更好地满足用户的经济需求。
2000年代：单相光伏并网逆变器的商业化应用
2010年代：单相光伏并网逆变器的技术升级和优化
0
0
0
0
1
2
3
4
单相光伏并网逆变器已经实现了高效率、高可靠性和高稳定性逆变器技术已经能够适应各种复杂的电网环境，包括电压波动、频率波动等逆变器技术已经能够实现对光伏发电系统的智能控制和优化调度逆变器技术已经能够实现对光伏发电系统的远程监控和故障诊断
加强技术创新，提高逆变器效率和稳定性
加强与光伏产业的合作，推动产业链协同发展
加强政策支持，推动光伏并网逆变器产业的发展
汇报人：
功率因数校正：提高光伏并网逆变器的功率因数，降低谐波污染
电压控制：实现光伏并网逆变器的电压稳定控制，提高电网的稳定性
电流控制：实现光伏并网逆变器的电流稳定控制，提高电网的稳定性

DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析

第27卷㊀第12期2023年12月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.12Dec.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀DAB 级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析刘欣,㊀袁静,㊀高鑫波(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003)摘㊀要:针对双有源桥(DAB )直流变换器级联单相并网逆变器系统因阻抗失配而造成系统发生振荡失稳的问题,通过建立DAB 和单相逆变器的输出和输入阻抗模型,基于阻抗分析法对级联系统的交互稳定性进行了分析㊂首先,推导采用双环控制策略的前级DAB 输出阻抗模型和考虑锁相环影响的后级逆变器直流侧输入阻抗模型,并通过扫频法验证其准确性㊂在此基础上,建立二者阻抗交互模型,详细分析了DAB 反馈控制器的PI 参数对其输出阻抗频率特性和级联系统稳定性的影响,并据此提出一种DAB 控制参数的优化设计方法,在兼顾动态性能的同时提升了级联系统的稳定性㊂最后,通过仿真算例验证了阻抗模型的准确性,分析了结论的正确性以及稳定性改善方法的有效性㊂关键词:级联系统;稳定性;阻抗重塑;双有源桥;单相并网逆变器;阻抗模型DOI :10.15938/j.emc.2023.12.001中图分类号:TM46文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)12-0001-11㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2023-03-17作者简介:刘㊀欣(1980 ),男,博士,副教授,研究方向为新能源发电系统建模与控制㊁电力电子系统电磁兼容和瞬态特性;袁㊀静(1997 ),女,硕士研究生,研究方向为电力电子变流器建模与控制;高鑫波(1999 ),男,硕士研究生,研究方向为电力电子变流器建模与控制㊂通信作者:袁㊀静Impedance characteristics and stability analysis of DAB cascadesingle-phase inverter systemLIU Xin,㊀YUAN Jing,㊀GAO Xinbo(School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)Abstract :Aiming at the problem of oscillation instability of the dual active bridge (DAB)DC-DC con-verter cascaded single-phase grid-connected inverter systems due to its impedance mismatching,the out-put and input impedance models of DAB and single-phase inverter were established,and the interaction stability of the cascade system was analyzed based on impedance analysis method.Firstly,the output im-pedance model of the front-stage DAB using the double-loop control strategy and the DC-side input im-pedance model of the back-stage inverter considering the influence of the phase-locked loop were derived,and the accuracy of the models were verified by frequency sweep method.Based on this,the impedance interaction model between the two was established.Additionally,the effects of PI parameters of DAB feedback controller on its output impedance frequency characteristics and cascade system stability wereanalyzed in detail,and the optimal design method of DAB control parameters was proposed accordingly,which improves the stability of the cascade system while taking into account the dynamic performance.Fi-nally,the simulation examples verify accuracy of the impedance model,correctness of the analytical con-clusions and effectiveness of the stability improvement method.Keywords :cascaded system;stability;impedance reshaping;dual active bridges;single-phase grid-con-nected inverters;impedance model0㊀引㊀言在光伏系统㊁蓄电池㊁超级电容,车网互联(ve-hicle to grid,V2G)等交流并网型储能系统中,通常需要使用两级式DC /AC 变换器实现并入交流电网和双向功率控制的功能[1]㊂其中,双有源桥变换器由于具有高功率密度㊁电流隔离㊁能量双向传输和易实现零电压开关等优点[2-4],很好地适应了交流并网型储能系统的需求,是第一级DC /DC 变换器的理想选择,而单相逆变器用于与电网连接㊂基于双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的两级式DC /AC 变换器的典型电路拓扑如图1所示㊂该拓扑整体结构简单,易于实现,控制方法较为成熟,被大量应用于电动汽车充电桩领域[5-8]㊂然而,由于变换器复杂的输入输出特性以及级联结构的存在,尽管两级变换器在单独运行时能保持稳定,但子系统之间的相互作用可能会使系统性能下降,导致直流母线产生电压振荡,以至于系统崩溃[9]㊂因此,通过稳定性分析㊁合理参数调整㊁控制优化等方法改善级联系统的稳定性和可靠性是当今研究的一个热点与难点问题[10-12]㊂图1㊀两级式DC /AC 变换器主电路拓扑及控制框图Fig.1㊀Main circuit topology and control block diagram of two-stage DC /AC converter㊀㊀基于阻抗的Nyquist 阻抗匹配原则[13]已经被广泛应用于各类级联系统的交互稳定性的研究中㊂准确的阻抗模型对于级联系统稳定性分析是必要的㊂目前,常用的逆变器阻抗建模方法包括谐波线性化法[14-16]和dq 坐标系下的阻抗建模法[17-18]㊂谐波线性化将系统视为2个单输入单输出系统,主要用于分析三相系统的谐波稳定性;而dq 阻抗建模法通常将电气量转变为d 轴和q 轴分量,以便单独控制有功和无功功率,有利于在稳态工作点处进行小信号分析㊂文献[19]在dq 坐标系下推导了使用不同控制策略的三相并网逆变器的直流侧输入阻抗模型,此方法适用性较强,但并未应用到单相逆变器系统中㊂文献[20]提出一种基于二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)的dq 坐标系下单相整流器的阻抗建模方法,但此方法并未推广到单相并网逆变器的阻抗建模中㊂由于阻抗相互作用是造成两级式DC /AC 级联系统失去稳定的根本原因,可以通过重塑源变换器或者负载变换器的总线端口阻抗来提高系统的稳定性㊂为了达到这一目的,学者们提出了多种方法,包括无源阻尼法[21-23]和有源阻尼法[24-26]㊂其中,无源阻尼法需要引入附加无源元件,以改变变换器的阻抗特性,但附加阻尼电路会增加硬件成本,降低变换器效率;有源补偿法具有成本低㊁不增加损耗的优点,因而被广泛用于基于DAB 变换器的级联系统阻抗匹配优化设计中㊂文献[27]采用有源阻尼的优化思路对LC -DAB 级联系统进行阻抗重塑,提出基于一次侧电容电压的并联虚拟阻抗和一次电流串联虚拟阻抗控制策略,从而使得级联系统在全功率范围内均能稳定运行;文献[28]研究基于DAB 的储能系统稳定性,提出在窄带范围内对负载变换器DAB 的输入阻抗进行重塑,在提高稳定性的同时保证系统动态性能良好;文献[7]研究了用于电动汽车双向充放电的DAB 级联单相并网电压源变换器(voltage source converter,VSC)系统的阻抗稳定性,提出一种基于虚拟电阻的有源阻尼方法,以改变2电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀VSC的输出阻抗,提高级联系统在各种工作模式下的稳定性;文献[29]面向DAB级联三相VSG系统,通过构建与DAB转换器的输入阻抗并联或串联的虚拟阻抗以增加DAB输入阻抗幅值,从而满足稳定性准则㊂文献[30]针对具有电压调整单元的DAB 变换器提出一种基于超前-滞后的阻抗优化调节器用以抑制输出阻抗谐振尖峰,提升了系统运行可靠性,并优化了电流应力㊂总的来说,上述级联系统的稳定性增强方法都需要增加附加的控制过程,从而不可避免地增加了模型的复杂度,其设计方法仍存在进一步简化的空间㊂而DAB变换器的输入阻抗会受到其反馈控制器的影响,揭示二者之间的关联有助于简化阻抗匹配优化设计,但此方面的相关研究较少,并且缺乏深入的理论分析㊂针对上述问题,本文对双有源桥DC/DC变换器与单相并网逆变器组成的级联系统进行阻抗建模并进行稳定性分析㊂首先,建立采用双环控制策略的DAB输出阻抗模型和采用解耦电流控制策略的单相并网逆变器直流端输入阻抗模型,并将锁相环的相位波动考虑在内,通过扫频法验证阻抗模型的正确性㊂随后,建立阻抗交互模型,从理论上分析DAB变换器的PI参数对其输出阻抗波形的影响,结合Nyquist图和闭环根轨迹进一步讨论关键参数与系统稳定性之间的关联㊂分析结论表明,调节DAB电压外环比例系数可直接调节级联系统稳定性,基于此,提出通过优化DAB变换器的电压外环比例系数提高级联系统稳定性的方法,该方法无需任何额外的补偿器或控制回路,在兼顾系统动态性能的同时,有效实现了基于DAB的交直流级联系统的稳定性增强㊂MATLAB/Simulink仿真算例验证了稳定性改善方法的有效性㊂1㊀级联系统阻抗建模变换器阻抗的精确建模是稳定性分析的基础㊂图1所示的控制框图为级联系统的常规控制方案,其中,DAB变换器负责控制直流母线电压的稳定,单相并网逆变器负责控制功率输出[31-32]㊂本节将分别给出DAD输出阻抗和单相并网逆变器的直流侧输入阻抗的建模过程㊂1.1㊀DAB变换器输出阻抗建模DAB变换器的拓扑及控制方案如图1中左面虚线框所示㊂其输出功率[33-34]可表示为P=nV in v busL o f s dϕ(1-2dϕ)=v bus i2⓪㊂(1)式中:n为变压器变比;V in为DAB输入电压;v bus为输出电压;L o为变压器等效电感;f s为开关频率;dϕ为变压器两侧H桥输出电压之间的相移量(dϕ=ϕ/2π);i2为副边H桥输出电流, i2⓪表示其平均值㊂经小信号分析可得i2与占空比dϕ的关系为G i2d=i^2d^ϕ=nV in Lo f s(1-4Dϕ)㊂(2)式中符号^表示变量的小信号形式㊂采用内环电流加外环电压的双环控制模式㊂将控制器的内环传函记作G c1(s),外环传递函数记作G c2(s),其中:G c1(s)=k pi+k ii s;G c2(s)=k pv+k iv s㊂将负载变换器阻抗等效为R,则DAB控制回路小信号模型如图2所示,图中LPF为一阶低通滤波器,用于实现20dB/dec的环路增益[35](H LPF(s)= 1/(s/ωLPF+1),其中ωLPF为低通滤波器的截止频率)㊂图2㊀DAB控制回路小信号模型Fig.2㊀Small signal model of DAB control loop根据上述控制框图,得到DAB的输出阻抗为Z out_DAB=v^bus-i^bus=1C bus s+G c1G x㊂(3)式中G x=G c2G i2d1+G c2G i2d H LPF㊂1.2㊀单相并网逆变器直流侧输入阻抗建模基于SOGI的锁相环(PLL)模型如图3(a)所示㊂图中,v为自公共耦合点(PCC)电压(将其本身视为静止坐标系下的α轴分量,β轴虚拟分量与之垂直)㊂SOGI的传递函数为H e(s)=K SOGIω1ss2+K SOGIω1s+ω21㊂(4)式中:ω1为电网工频;K SOGI为闭环系数㊂在小扰动下,PLL输出与PCC实际相位存在相位差Δθ,其将导致控制系统中的各变量与功率系统中的相应变量存在差异㊂为以示区分,文中带有上标s的变量表示电气量 ,带有上标c的变量表示控制量㊂为了简化表达式,将成对变量以矢量形式编写,例如v s dq表示[v s d v s q]T,另外,变量的大写符3第12期刘㊀欣等:DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析号表示其自身静态工作点㊂图3㊀基于SOGI 的PLL 模型Fig.3㊀SOGI-based PLL model根据图1可得系统功率方程为:(Z L +Z g )i ^s dq =D dq v ^bus +d ^sdq V bus ;i ^bus=12(D T dq i ^s dq +I T dq d ^sdq )㊂}(5)式中:i ^s dq =[i ^s d i ^s q ]T 和d ^s dq =[d ^s d d ^s q ]T分别为交流侧电流与占空比的dq 轴分量构成的列向量;Z L =sL f +R f -ωL f ωL f sL f +R f éëêêùûúú;Z g =sL g +R g -ωL g ωL g sL g +R g éëêêùûúú;L f 和R f 为滤波电感及其等效内阻;L g 和R g 为电网内阻抗;i ^bus 为逆变器直流侧输入电流㊂将图3中Park 变换框图T θ1前移,得到其等效控制框图如图3(b)所示,图中:H edq (s )=A B-B A[];A =[H e (s +j ω1)+H e (s -j ω1)]/2;B =[j H e (s +j ω1)-j H e (s -j ω1)]/2㊂根据图3(b)可推导PCC 电压的控制量v ^c dq与电气量v ^sdq之间的关系为v ^c dq =G v PLL v ^sdq ㊂(6)式中:Gv PLL=v ^c dq v^s dq=A -V sqG s B B +V sqG s A -B +V sd G s B A -V sd G s Aéëêêùûúú;G s 为PLL 输出角度与PCC 电压q 轴分量的关系式;G s =sk p_PLL +k i_PLLs +V s d (sk p_PLL +k i_PLL ),k p_PLL 和k i_PLL 为锁相环PLL 的PI 参数㊂同理可得输出电流与占空比的控制量与电气量的小信号关系为:d ^sdq=d^cdq+G dPLL v ^s dq;i^c dq=Hedq i^s dq+GiPLL v ^s dq㊂}(7)式中:G d PLL =D s qG s B -D s qG s A -D sd G s B D sd G s Aéëêêùûúú;Gi PLL=-I sq G s B I s q G s A I sd G s B-I sd G s Aéëêêùûúú㊂令:H i =k p_INV +k i_INV /sk p_INV+k i_INV /s éëêêùûúú,其中:k p_INV 和k i_INV 为逆变器电流控制器的PI 参数;G ci=k p_INV +k i_INV /s ωL f-ωL fk p_INV+k i_INV /s éëêêùûúú㊂将解耦电流控制策略与PCC 电压前馈结合,得到考虑锁相环影响的逆变器控制回路的小信号模型如图4所示㊂图4㊀PLL 影响下电流控制回路小信号模型Fig.4㊀Small-signal model for current control loopwith PLL根据图4,得到逆变器控制部分的方程为d ^s dq =[(G v PLL -G ci G i PLL +V bus G dPLL )Z g -G ci H edq ]i ^s dq /V bus ㊂(8)联立式(5)㊁式(8)可得单相并网逆变器直流侧输入导纳为Y in_INV =i ^busv ^bus=12V busI T dq (Z L +Z g )+12D T dq[]㊃([Z L +G ci H edq -G PLL_V Z g ]-1D dq )-12V bus I Tdq D dq㊂(9)式中G PLL_V =G v PLL -G ci G i PLL +V bus G dPLL -E ,其中E为单位矩阵㊂相应的单相并网逆变器直流侧输入阻抗为Z in_INV =1/Y in_INV ㊂(10)1.3㊀阻抗模型的仿真验证基于MATLAB /Simulink 平台搭建了DAB 级联单相并网逆变器的仿真模型,采用扫频法对2个级联子系统的输出和输入阻抗模型分别进行验证,仿真参数如表1所示㊂图5给出了仿真扫频与理论模型的对比结果㊂可以看出,在1~10000Hz 频段,所得阻抗模型与扫频结果吻合较好,验证了所推得的DAB 输出阻抗和单相逆变器输入阻抗模型的正确性㊂4电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图5㊀级联系统阻抗模型Fig.5㊀Impedance model of cascade system表1㊀级联系统电路参数Table1㊀Parameters of cascade system㊀㊀㊀参数数值DAB直流侧输入电压稳态值V in/V400直流母线电压稳态值V bus/V400直流母线电容C bus/μF1500 DAB变压器等效电感L o/μH30变压器变比n1ʒ1 DAB开关频率f s/kHz20低通滤波器截至频率ωLPF/(rad/s)4000π逆变器并网电压有效值V g/V220逆变器输出功率稳态值P/kW10逆变器滤波电感L f/mH及等效内阻R f/mΩ10,50电网内电感L g/mH及内电阻R g/mΩ1,152㊀级联系统稳定性分析2.1㊀级联系统阻抗交互模型级联系统的稳定性不仅取决于变换器各自的稳定性,还决定于源变换器(本文为DAB)输出阻抗与负载变换器(本文为单相逆变器)输入阻抗二者交互作用的影响㊂将DAB视为电压源,逆变器视为电流源,二者构成的级联系统阻抗相互作用示意图如图6所示㊂图6㊀级联系统等效阻抗示意图Fig.6㊀Equivalent impedance diagram of cascade system根据图6,可知级联系统开环传递函数为T m=Z out_DABZ in_INV㊂(11)式中T m也称为系统小环路增益㊂根据Middlebrook 判据[13],当源变换器和负载变换器各自稳定,并且系统的小环路增益T m满足Nyquist稳定判据时,该级联系统方是稳定的㊂图7为DAB输出阻抗和逆变器输入阻抗伯德图㊂由于逆变器采用恒功率控制,因此,除50Hz频点外,在f<f c3(f c3为逆变器电流控制器的截止频率)频率范围内逆变器直流端输入阻抗呈现阻值为-V2bus/P的负电阻特性;在f>f c3频率范围内呈现电感性质㊂而50Hz频点是一个特殊点,其阻抗幅值几乎为0,相位跃变到0㊂虽然逆变器与DAB的阻抗在50Hz频点处容易产生交叉,但二者相位之差小于180ʎ,因此不影响系统稳定性㊂此外,DAB输出阻抗在f<f r频段(f r为DAB输出阻抗谐振频率)呈现电感特性,在f>f r频段呈现电容特性㊂这使得DAB输出阻抗具有类似LC滤波器的阻抗特性㊂图7㊀级联系统阻抗伯德图Fig.7㊀Impedance Bode diagram of cascade system综合以上阻抗特性可知,DAB输出阻抗的谐振峰以及逆变器在低频段的负阻抗特性是导致交直流级联系统稳定性降低的主要原因㊂一旦DAB输出阻抗的谐振峰与逆变器输入阻抗发生交叉,就会因5第12期刘㊀欣等:DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析相位裕度无法满足稳定条件而造成系统振荡失稳㊂2.2㊀DAB 变换器的控制参数分析由图7可知,平抑DAB 输出阻抗的谐振峰将有效提高级联系统稳定性㊂为了达成这一目的,本节将详细分析DAB 反馈控制器的PI 参数与谐振峰之间的关联,为级联系统的稳定性分析及控制器参数优化设计奠定基础㊂当DAB 电流内环截止频率与一阶低通滤波器LPF 带宽相等时,经控制器定量设计可得电流控制器比例系数k pi 为0㊂将k pi =0代入式(3),并且忽略含有C bus 和T LPF 的高阶项,整理得到DAB 输出阻抗的简化表达式为Zᶄout_DABʈ1G i2d k ii s (s +G i2d k ii )C bus s 2+k pv s +k iv㊂(12)图8给出了DAB 输出阻抗的理论模型和简化模型的对比图㊂可以看出,在1~200Hz 频率范围内,二者阻抗模型基本吻合,结合图7可知,影响系统稳定性的频段为几十赫兹,因此说明上述简化模型可胜任稳定性分析需求㊂图8㊀DAB 理论模型和简化模型对比Fig.8㊀Comparison of theoretical and simplified Bodediagrams of DAB设定DAB 电流内环截至频率f c1为2000Hz,相位裕度P m1为45ʎ,同时电压外环截至频率f c2为20Hz,相位裕度P m2为45ʎ时,经设计所得DAB 的控制参数如表2所示㊂表2㊀DAB 控制器PI 参数Table 2㊀PI parameters of DAB controller㊀㊀㊀㊀参数数值电流控制器比例系数k pi 0电流控制器积分系数k ii 30.443电压控制器比例系数k pv 0.102电压控制器积分系数k iv24.35㊀㊀将s =j ω代入式(12),得到DAB 阻抗的模值为|Z ᶄout_DAB (j ω)|=ωaω2(C bus ω2-k iv +ak pv )2+(ω2k pv -C bus ω2a +ak iv )2(-C bus ω2+k iv )2+ω2k 2pv㊂(13)式中a =G i2d k ii ㊂令Z ᶄout_DAB (j ω)虚部为0,得到谐振点频率为ω=G i2d k ii k ivC bus G i2d k ii -k pv㊂(14)根据式(13)和式(14)可得DAB 输出阻抗的谐振频率及谐振峰值分别与控制参数的关系曲线如图9所示㊂结合式(27)㊁式(28)和图9,可得如下结论:当电压外环比例系数k pv 增大时,谐振频率几乎不变,谐振峰值陡然降低;当电压外环积分系数k iv 增大时,谐振频率增大,谐振峰值维持不变;当电流环积分系数k ii 改变时,二者均基本不发生改变㊂上述分析表明,参数k pv 是平抑DAB 输出阻抗谐振峰的关键参数,而参数k iv 是改变谐振频点的关键参数㊂图9㊀谐振频率及谐振峰值与DAB 控制参数的关系曲线Fig.9㊀Relationship curves of resonant frequency andresonant peak with DAB control parameters为了佐证此结论,图10给出了不同控制参数下的DAB 输出阻抗伯德图㊂可以看出,当比例系数k pv 从0.02逐渐增大到0.4,且其余参数与表1和表2保持一致时,DAB 输出阻抗谐振峰值急剧减小,但谐振频点基本保持不变;当积分系数k iv 从10增大到120,且其余参数与表1和表2保持一致时,DAB 输出阻抗谐振频率逐渐增大,而谐振峰值几乎不变㊂6电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图10㊀不同控制参数作用下DAB输出阻抗伯德图Fig.10㊀DAB output impedance Bode diagram of differ-ent control parameters综上所述,DAB电压外环控制器参数直接决定了其输出阻抗谐振峰值的大小及位置㊂其中,参数k pv与谐振峰幅值大小具有强相关性,适度增大参数k pv将显著降低DAB输出阻抗谐振峰,从而避免与逆变器输入阻抗发生交叉㊂据此可推断,参数k pv是作为影响级联系统稳定性的关键参数,对其进行优化设计可实现系统稳定控制,且设计过程也最为简单,相关分析及验证将在2.3节给出㊂2.3㊀DAB电压外环比例系数对系统稳定性的影响本节进一步讨论k pv对级联系统稳定性的影响㊂根据式(11)可知系统的特征方程为1+T m=0㊂(15)将式(3)和式(10)代入式(15),可得sC bus s2+(k pv s+k iv)G x+Z in_INV=0㊂(16)由于参数k pv直接体现在系统特征方程中,因此可结合基于闭环传递函数的根轨迹和开环传递函数的Nyquist图进行分析㊂对式(16)进行等效变换,保证特征方程不变,得到系统等效的开环传递函数为D(s)=k pv sG x Z in_INVs+Z in_INV(Cs2+k iv G x)㊂(17)根据式(17),得到当参数k pv从0逐渐变化至+ɕ时系统闭环传递函数的特征根在复平面的变化轨迹如图11所示㊂此时DAB电流内环控制参数与表2中相同,电压外环积分系数为98.3㊂可以看出,当k pv<0.0634时,级联系统存在右半平面极点,系统处于不稳定状态;当k pv>0.0634时,系统方可稳定;当k pv=0.0634时,复平面上出现位于虚轴上的闭环极点(0,ʃj251),说明系统处于临界稳定状态,这意味着系统中将会出现251rad/s(约40Hz)的振荡频率㊂图11㊀系统关于参数的k pv的根轨迹图Fig.11㊀Root trajectory diagram of the system with re-spect to the parameter k pv图12给出了此临界稳定状态下系统开环传递函数T m的Nyquist图,在此参数状态下,Nyquist曲线恰好穿越(-1,j0)点㊂分析结果说明,增大DAB电压外环比例系数k pv有助于增强级联系统稳定性,反之,将使级联系统稳定性变差㊂图12㊀系统开环传递函数的Nyquist图Fig.12㊀Nyquist diagram of the open-loop transferfunction为了验证上述分析结论,在MATLAB/Simulink 中搭建DAB与单相并网逆变器级联系统的仿真模7第12期刘㊀欣等:DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析型㊂电路参数如表1所示㊂图13给出了当其余参数保持不变,DAB 电压外环比例系数k pv 分别为2㊁0.258㊁0.0634和0.03时直流母线电压和交流侧输出电流的时域仿真波形㊂可以看出,当k pv 为2和0.258时,系统运行在稳定状态;当k pv 为0.0634时,系统处于临界稳定状态;当k pv 减小到0.03时,系统振荡失稳㊂这与图11中的参数根轨迹分析结果相符㊂图13㊀k pv 减小时直流母线电压和交流电流时域波形Fig.13㊀Waveforms of DC bus voltage and AC currentwhen k pv decreases取时间窗为0.2s,对图13中各个时间段的直流母线电压的时域波形进行频谱分析,所得结果如图14所示㊂可以看出,当k pv >0.0634时,直流母线电压主要含有直流分量和单相交直流系统中固有的二倍频分量;当k pv =0.0634时,在直流母线电压中出现可观的40Hz 频率分量,与图11中临界稳定状态下的系统振荡频率基本吻合;当k pv <0.0634时,直流母线电压中谐波分量杂乱繁多,系统失去稳定性㊂此外,还需特别说明的是,系数k pv 在影响系统稳定性的同时,也会影响系统动态响应速度㊂观察图11中根轨迹局部放大图可知,当k pv 小于0.258时,随着k pv 增大,主导极点的根轨迹从右半平面逐渐变化到左半平面并远离虚轴;当k pv 大于0.258时,根轨迹方向转变并逐渐靠近虚轴㊂因此,当k pv =0.258时,系统具有最佳的动态性能㊂若k pv 持续增大,越过最佳运行点,虽仍可保证稳定,但系统稳定速度将滞缓,这说明需兼顾稳定性和动态性能进行k pv 的参数设计㊂为了验证这一结论,图15给出了k pv 取值变化时系统有功功率波形的变化,从有功功率角度说明系数k pv 对系统稳定性及动态响应速度的影响㊂比较图15(a)㊁(b)和(c)可知,当0.0634<k pv <0.258时,系统动态响应速度随着k pv 的增大而加快,并且k pv 越大,系统稳定速度越快㊂比较图15(c)和图15(d)可知,当k pv 取2时,系统的稳定速度相较于图15(c)变慢,说明此时k pv 取值已越过了最佳运行点,进而验证了前述理论分析的正确性㊂图14㊀直流母线电压FFT 分析Fig14㊀FFT analysis of DC busvoltage图15㊀不同k pv 作用下的有功功率曲线Fig.15㊀Active power waveforms with different k pv8电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀3㊀级联系统稳定性改善方法第2.3节中的分析结论表明,增大DAB 电压外环比例系数k pv 将显著提高级联系统稳定性㊂因此,当级联系统面临振荡失稳问题时,一种简单而可靠并且无需任何额外的补偿器或控制回路的稳定性改善方法为:增大DAB 电压外环比例系数k pv ㊂根据2.1节的分析,若要使系统满足稳定性要求,应保证增大k pv 后,DAB 输出阻抗的峰值小于V 2bus /P ,从而避免与逆变器输入阻抗发生交叉,并保证系统具有足够的相位裕度㊂本节将结合具体的仿真算例验证此稳定性改善方法的有效性㊂仿真算例中基本电路参数如表1所示,DAB 控制器的相关参数列于表2之中㊂图16给出了算例中直流母线电压和交流电流时域波形,图17则给出了与之对应的级联系统阻抗伯德图㊂如图16中0.2~0.5s 时间窗内波形所示,当系统传输功率为5kW 时,系统稳定运行,直流母线电压包含400V 的直流分量和二倍频分量㊂若传输功率增加为10kW,系统将发生振荡失稳,如图16中0.5~0.7s 的波形所示㊂图17中曲线Z in_INV1与Z in_INV2分别为功率改变前后逆变器输入阻抗伯德图㊂可以看出,负载的加重造成逆变器在低频段的阻抗幅值减小,因此与DAB 输出阻抗发生交叉㊂图16㊀稳定性改善前后的时域仿真波形Fig.16㊀Time domain simulation waveforms before andafter stability improvement为了改善系统稳定性,应当增大DAB 电压外环比例系数㊂图18为传输功率为10kW 时,级联系统关于参数k pv 的根轨迹曲线㊂可以看出,要想保证系统稳定运行,k pv 的取值必须大于0.0645,并且当k pv 取0.452时,系统具有最佳动态性能㊂观察图16中0.7~1.1s 时域波形可知,在0.8s 时,将DAB 电压外环比例系数调整为最佳参数0.452,其余参数保持不变,由于DAB 输出阻抗的谐振峰值降低,系统又重新恢复至稳定运行状态㊂图17㊀稳定性改善前后的级联子系统阻抗伯德图Fig.17㊀Impedance Bode diagram before and after sta-bility improvement of the cascadesubsystem图18㊀传输功率为10kW 时系统闭环根轨迹Fig.18㊀Closed-loop root trajectory of the system at10kW transmission power上述仿真算例进一步验证了稳定性改善方法的可行性㊂在系统控制器设计中,应当根据DAB 和单相并网逆变器的阻抗特性,利用阻抗伯德图和系统关于参数k pv 的闭环根轨迹进行直观判断,综合考虑系统的稳定性和动态响应速度,以确定适合的控制参数㊂4㊀结㊀论本文分别建立了DAB 输出阻抗模型和考虑锁相环相位波动影响的单相并网逆变器的直流端输入阻抗模型,提高了模型的准确度,并通过扫频法对阻抗模型进行验证;此外,通过理论分析获得了DAB 输出阻抗谐振频率及谐振峰值的计算公式,从原理9第12期刘㊀欣等:DAB 级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析。

单相光伏并网逆变器的研究

单相光伏并网逆变器的研究引言：随着全球对可再生能源的需求不断增长，太阳能作为一种最为常见和可再生的能源之一，被越来越广泛地应用于电力领域。

并网逆变器作为太阳能发电系统中的重要组成部分，扮演着将太阳能电能转换成可供电网使用的关键角色。

在其中，单相光伏并网逆变器作为逆变器的一种特殊形式，具有其独特的优势和挑战。

本文旨在探讨单相光伏并网逆变器的研究进展和未来发展方向。

一、单相光伏并网逆变器的基本原理单相光伏并网逆变器是将太阳能电池板产生的直流电能转换成交流电能，并实现与电力网的无缝连接。

其基本原理如下：首先，通过光伏阵列将太阳辐射转换成直流电能；然后，将直流电能输入给逆变器；逆变器通过PWM控制或其他技术将直流电转换成交流电，最终与电力网相连接。

二、单相光伏并网逆变器的关键技术1.MPPT算法最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）是光伏并网逆变器的核心技术之一，主要用于提高系统的能量利用率。

MPPT算法能够根据光照强度和温度变化追踪光伏阵列的最大功率点，从而使得光伏阵列的输出功率最大化。

2.电网互感器设计3.低谐波控制技术光伏并网逆变器的运行可能会引起一些电网发生谐波，噪声等问题。

因此，低谐波控制技术在单相光伏并网逆变器的研究中显得尤为重要。

现有的低谐波控制技术包括多级逆变器、谐波滤波器等，旨在减小谐波和噪声对电力网的影响。

三、单相光伏并网逆变器的应用和发展趋势在未来的发展中，单相光伏并网逆变器将会朝着以下几个方面发展：1.提高逆变器的效率和电能质量，以提高发电系统的整体性能。

2.发展更智能化和自适应的MPPT算法，以提高能源利用率。

3.发展更为紧凑和轻便的设计，以适应各种场景的需求。

4.加强逆变器与电力网的通信和控制能力，以实现更高效的能量管理。

结论:单相光伏并网逆变器作为太阳能发电系统的重要组成部分，具有广阔的应用前景。

通过MPPT算法、电网互感器设计和低谐波控制技术等的不断创新，单相光伏并网逆变器在提高能源利用率、提高发电系统效率等方面取得了显著的研究进展。

级联型逆变器原理

级联型逆变器原理
级联型逆变器是一种高效稳定的逆变器，被广泛应用于工业、交通等领域。

级联型逆变器采用多电平电压输出，具有高质量的电力输出和较低的谐波失真。

本文将从原理、工作方式、优点和应用等方面介绍级联型逆变器。

一、原理
级联型逆变器采用多级逆变器级联输出，可将直流电源转换为多电平交流电源输出。

具有高精度的输出波形质量和较低的谐波失真率，与传统的单级逆变器相比，其具有更高的能效比。

二、工作方式
级联型逆变器采用多级逆变器级联输出，每一级逆变器都是由驱动电路、触发电路、逆变电路、滤波电路和控制电路等组成。

在工作过程中，每一级逆变器的工作状态均由控制电路控制，以确保电压和电流的稳定输出。

三、优点
1. 高效稳定：级联型逆变器采用多级逆变器级联输出，具有高效稳定的输出电压。

2. 低谐波失真：级联型逆变器的多电平输出质量高，具有较低的谐波失真率。

3. 环保节能：级联型逆变器具有较高的能效比，可节省能源。

4. 适用范围广：级联型逆变器适用于工业、交通等领域。

四、应用
1. 工业：级联型逆变器适用于高端数控机床、冶金、石化等行业的电力转换控制。

2. 交通：级联型逆变器适用于城市轨道交通、高速铁路等领域的电力转换控制。

3. 其他领域：级联型逆变器还适用于空载运行制动、新能源发电、UPS等。

总之，级联型逆变器是一种高效稳定的逆变器，拥有较高的输出质量和能效比，适用于工业、交通等领域。

小型风力发电单相并网逆变器的研究的开题报告

小型风力发电单相并网逆变器的研究的开题报告一、选题背景随着清洁能源的发展，风能作为一种可再生的能源，得到了越来越广泛的应用。

小型风力发电系统相对于大型风力发电系统，具有容易建设、占地面积小等优势，被广泛应用于家庭、农村等小范围的电力供应。

而小型风力发电系统中，风力发电单相并网逆变器作为重要的电力转换设备，可以实现将风力发电的直流电转换为交流电，并将交流电并网供电。

然而，目前市面上的小型风力发电单相并网逆变器在性能方面还存在一些瓶颈，如输出电流的纹波比较大、输出电压波动等问题，这些问题不仅影响到并网逆变器本身的性能，也会影响到并网电网的稳定运行。

因此，本研究旨在对小型风力发电单相并网逆变器进行研究，探究其性能优化的方法和途径。

二、选题意义1. 推动小型风力发电系统的发展：小型风力发电系统由于其容易建设、运维成本低等优势，是农村电网建设和城市绿色供电的一个重要补充，此次研究可以推动小型风力发电系统的发展。

2. 提高风力发电单相并网逆变器的性能：风力发电单相并网逆变器作为小型风力发电系统的核心组成部分，其性能的优化对整个小型风力发电系统的性能有巨大的影响。

此次研究可以提高风力发电单相并网逆变器的性能，进而提高小型风力发电系统的性能。

3. 促进清洁能源的推广：清洁能源得到了国际社会的广泛关注和支持，此次研究可以通过提高小型风力发电系统的性能，促进清洁能源的推广，助力中国能源结构的转型。

三、研究目标本研究的目标是：设计一种小型风力发电单相并网逆变器，能够实现较低的输出电流纹波和稳定的输出电压，并能够满足小型风力发电系统的电力供应需求。

四、研究内容1.研究小型风力发电单相并网逆变器的原理和特点，分析现有的逆变器的优缺点。

2.设计适合小型风力发电系统的并网逆变器拓扑结构，实现高效的转换和稳定的输出。

3.研究并网逆变器控制策略，实现对输出电流纹波和输出电压的精确控制。

4.进行实验验证，在实验室和室外环境下测试逆变器的性能，验证逆变器的稳定性和效率。

单相逆变器并网技术研究开题

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着能源和环境问题的日益严峻，风力发电、光伏发电等新能源并网发电技术越来越受到人们的重视，已经成为能源可持续发展战略的重要组成部分[1-3]。

并网逆变器作为发电系统与电网连接的核心装置，直接影响到整个并网发电系统的性能，近年来逐渐成为国内外研究的热点[4-6]。

1.光伏逆变器的研究情况近几年，随着西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策扶持，全球光伏发电逆变器的销售额逐年递增，光伏发电用逆变器进入了一个快速增长的阶段。

但目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲式全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光伏逆变器技术处于世界领先地位[1-5]。

目前国内光伏并网逆变器市场规模较小，国内生产逆变器的厂商众多，但专门用于光伏发电系统的逆变器制造商并不多，但是不少国内企业已经在逆变器行业已经研究多年，已经具备一定的规模和竞争力，但在逆变器技术质量、规模上与国外企业仍具有较大差距[6]。

不过国内市场规模虽然较小，但未来光伏电站市场的巨大发展空间和发展潜力给国内企业带来发展的历史机遇。

目前国内光伏逆变器主要被博奥斯阳光电源、艾思玛、KACO等品牌所占领，国外企业多数通过代理渠道进入国内市场，由于售后服务提供难度大整体市场占有率不高。

2008年统计数字显示，国内重点光伏项目大功率产品几乎全部选用国内产品。

[7-8]2.带LCL单相滤波器逆变器的研究状况中小功率场合一般多采用单相方式，按照功率等级进行分类，可分为功率小于1kVA的小功率并网逆变器，功率等级1kVA~50kVA的中等功率并网逆变器从光伏并网逆变器发展至今，发展最为成熟的属于中等功率的并网逆变器，目前已经实现商业化批量生产，技术趋于成熟，光伏并网逆变器未来的发展将是小功率微逆变器也即光伏模块集成逆变器和大功率并网逆变器两个方向并行。

微逆变器在光伏建筑集成发电系统、城市居民发电系统、中小规模光伏电站有其独特的优势，大功率光伏并网逆变器在大规模光伏电站，如沙漠光伏电站，等系统具有明显优势[13-14]3课题研究意义及依据太阳能的利用是缓解全球能源短缺问题的重要途径，光伏发电就是太阳能利用研究的热点之一。

单相光伏并网逆变器的研制

于本文的篇幅限制不能进一步深化探究，希望
就有全桥逆变器以及半桥逆变器等，推挽式的此次理论研究能起到抛砖引玉的作用。
１光伏并网系统结构及单相并网逆变器逆变器拓扑的结构是通过两个共负极功率开关并网控制方法元件和单个初级带有中心抽头升压变压器所构参考文献
及单电压极性调制。单极性调制主要是４个开【关键词】单相光伏并网逆变器光伏发电系关的消耗也相对较少。虽然这一控制方法有关管采取４个不同信号控制，单极性调制优点
统设计
就是谐波的分量相对比较小比较容易消除，所以在开关管方面受到到的开关应力也就相应比
是光伏并网发电系统及电网接口的主要设备，
在控制技术方面也愈来愈重要。当前对其理论
的研究为实践操作发展能够提供理论支持，由
型并网光伏系统。通过对单相光伏并网逆变器进行理论研究对实际的系统操作运行效率提升
就有着指导意义。
主要就光伏并网系统结构以及单相并网逆变器并网控制方法加以阐述，然后对系统总体设计方法及单相光伏并网逆变器控制策略加以探究。
的交流电流为稳定的高质量的正弦波，还要能Ｔ２、Ｔ３管进行导通，这样就能够使得电流信够和电网电压同频同相。在并网逆变器控制方号由此而减小。滞环电流的控制系统主要就是式上并网系统要求在逆变器输出侧实现功率因双闭环结构，其外环是直流电压控制环，而内数为１，波形为正弦波，在输出的电流和网压

单相光伏并网系统中级联多电平逆变器的研究

ｐ０ｅ∞ｒＤＰａｓｄｉｔｓｓｓｍｔａｈｖｉｉｌｏｔｌｒｇｍ，ｎｅｍｌ—ｕｅＳＷＭｗｉａｏｔｌａｃｄｖｒｒｒ９（Ｓ）ｗｓｕｅｉｙｔｃｉｅｄｔｎｒｏｒｓａｄｔｕｔｐｌＰｈｈｃｎｃｎｓａｅｉｅｅｃｎｈｅｏｅｇａｃｏｐａｈｉｓｃｏｒｃｎｔ
ＤＣＤＣｃｎｅｒｎａｃｄｈｌｖＩｎｅｔｒｓｐｏｏｅ．ｏｖｎｅｓａｄｃｓａｅｍｕｉｅｖｒｒｐｓｄ．ａｄｔｅｎｏｅａｉｌｔｄｂｔｂｅｉｅｗａｎｈｌｄ１ｓｓｗｍｕａｅｙＭａｌ．ＡｎＭＳ２Ｃ８１ｉｉｌｉｉａａｄＴ３０２ｄｇｔｇｎｌ２ａｓ
ＺＨＯＮＧ — ａｇＤｅｇｎ，ＷＡＮＧＰｅｒｇＺｅａｇＵｉｒｔｏＴｃｎｌｙＨｎｚｏ０３ｈａＣｌｇｆｎｏｍｔｎＥｇｅｉ，ｈｊｎｎｖｓｙｆｅｈｏｇ，ａｇｈｕ３０２，Ｃｉ）ｅＩｏｎｎｉｅｉｏ１ｎ
示）的控制信号由正的参考波与载波三角波比较得
工
市电输入
Ｉ压
电流电压
跟踪
ＭＰＰＴ
幅值频率卡位Ｈ检测
ＴＭ￥３Ｆ２８１２０２
图１
伏并网发电系统结构图
竺２级联多电平电路工作原理
图３单个功率单元结构
罔２单相级联多电平逆变器拓扑结构

级联型逆变器原理

级联型逆变器原理引言级联型逆变器是一种特殊类型的逆变器，它可以将直流电转换为交流电，并用于不同领域的应用。

本文将详细探讨级联型逆变器的原理和工作过程。

什么是级联型逆变器级联型逆变器是一种采用多级电路结构的逆变器，由多个逆变器级联而成。

每一级逆变器都可以将直流电源转换为交流电，并输出给下一级逆变器。

这种结构可以提高逆变器的输出功率和效率。

级联型逆变器的工作原理第一级逆变器第一级逆变器接受直流电源输入，并将其转换为交流电。

这个过程主要包括以下几个步骤： 1. 接收直流电源输入。

直流电源可以是电池或其他直流电源。

2. 输入滤波。

通过输入滤波电路，将直流电源的纹波和干扰滤除，保证输入电流的稳定性和纹波小。

3. 逆变。

采用逆变电路，将直流电源转换为交流电。

逆变器电路通常由功率开关管和滤波电路组成。

4. 输出滤波。

对逆变器输出的交流电进行滤波，降低高次谐波，并滤除低频功率电流。

后续级逆变器后续级逆变器接受第一级逆变器的输出，并再次进行逆变。

每一级逆变器都会增加输出电压的幅值和频率，并将其送入下一级逆变器。

这种级联的结构类似于梯级放大器，可以逐步放大输出的交流信号。

控制与保护级联型逆变器需要进行精确的控制和保护，以确保其正常工作和安全性。

常见的控制与保护功能包括： 1. 调节输出电压和频率。

通过控制各级逆变器的电路参数，可以精确调节输出电压和频率，以适应不同的应用需求。

2. 过流保护。

当输出电流超过设定值时，逆变器会自动切断输出，以防止损坏。

3. 过温保护。

当逆变器内部温度超过安全范围时，会自动停止运行，以防止过热损坏。

4. 短路保护。

当输出端发生短路时，逆变器会自动断开输出，以避免损坏。

级联型逆变器的应用领域级联型逆变器在各个领域都有广泛的应用。

以下是几个常见的应用领域：太阳能发电系统太阳能发电系统通常会使用级联型逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，并输出到电网中。

级联型逆变器的高效能转换和稳定性能，可以最大限度地提高太阳能发电系统的效率。

一种单相并网逆变器的控制策略的研究

的电压及电流波形。为了使得负载两端获得交流电能，将图中Ｑ。与Ｑ，，Ｑ与Ｑ分别导通，这时负载两端分别得到正、负电压，如此交替导通，负载两端即能够获得交流电能。如果负载两端具有一定的电感，那么负载电流将落后于电压的角度为，这时在Ｑ。与Ｑ，功率管栅极加上一个驱动信号后，由于加上驱动信号后电流滞后，Ｄ与Ｄ仍然导通，当经过Ｙ电角度时电流过零，这时电源向负载输送有功功率，同理，在Ｑ与Ｑ两端加驱动信号，则能量由负载送回电源。值得注意的是，这种控制方式在实际应用中是不实际的，因为逆变电源中输出的电压是需要调节的。调节的方式主要有移相调压、脉宽调节。
文章编号：１００５— ２９９２（２０１３）０１／０２—００７６— ０４
一
种单相并网逆变器的控制策略的研究
沈量，尹洪全，李振清
（东北电力大学电气工程学院，吉林吉林１３２０１２）
摘
要：单相并网逆变器的控制部分是逆变器设计的重点，传统的ＰＩ控制算法下的并网电流与电
压存在相位差，在电流较小时相位差比较严重，导致逆变器输出功率因数较低等问题。对单相并网逆变器进行了仿真，提出了基于电压电流双环控制的控制方法，并对其进行仿真验证．实验结果表明，电压电
控制方式进行了仿真分析。
１并网逆变器
并网系统采用两级逆变，首先经ＤＣ—ＤＣ变换后，使电压由３６ｖ提升到３６０ｖ，再经ＤＣ—ＡＣ逆变成２２０ｖ单相交流电，经滤波后并入低压电网或者供给负载使用。逆变器采用单相全桥逆变电路也被称为 “ Ｈ桥 ” 电路。它由两个半桥构成。图１给出单相全桥逆变电路的拓扑结构，图２是全桥逆变电路输出

一种单相级联型光伏并网逆变器的控制方法[发明专利]

专利名称：一种单相级联型光伏并网逆变器的控制方法专利类型：发明专利
发明人：赵涛,陈道炼,冯之健
申请号：CN202011472560.9
申请日：20201214
公开号：CN112564172A
公开日：
20210326
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种单相级联型光伏并网逆变器的控制方法，属于光伏发电领域。

该方法应对光伏组件输出功率严重不平衡的工作场景，相比于现有的单相级联H桥光伏并网逆变器能够较大程度地扩大系统的运行范围。

步骤包括：对H桥变换器直流母线电容电压的平均值进行控制；对并网电流进行控制；使用改进型最近电平逼近调制；对单相有源滤波器进行控制和对四开关管Buck‑Boost 变换器的输入直流母线电压进行控制。

采用所述的方法，即使在光伏组件输出功率严重不平衡的工作场景，所有光伏组件依然能够工作于自身的最大功率点，最大化系统的发电量。

申请人：青岛大学
地址：266000 山东省青岛市崂山区宁夏路308号
国籍：CN
代理机构：合肥和瑞知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：王挺
更多信息请下载全文后查看。

单相光伏并网逆变器的研究本科毕业论文

摘要能源危机和环境问题的不断加剧，推动了清洁能源的发展进程。

太阳能作为一种清洁无污染且可大规模开发利用的可再生能源，具有广阔应用前景。

并且伴随“智能电网”理论的兴起，分布式电力系统正日益受到关注，光伏逆变系统作为分布式电力系统的一种重要形式，使得对该领域的研究具有重要的理论与现实意义。

论文在分析光伏逆变系统发展现状与研究热点的基础上，探讨了光伏逆变系统的主要关键技术，对直接影响光伏逆变系统的工作效率以及工作状态的最大功率点跟踪控制、光伏逆变器控制等技术进行了详细研究。

为研究光伏逆变系统，本文建立了一套完整的光伏逆变系统模型，主要包括光伏电池模块，前级DC/DC变换器，后级DC/AC逆变器，以及相应的控制模块。

为了提高系统模型的准确性及稳定性，论文设计了一种输出电压随温度光照改变的光伏电池模型，提出了一种基于Boost升压变换器的最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并且将正弦脉冲宽度调制技术（SPWM）应用于逆变器控制。

最后在Matlab/Simulink软件环境下搭建了光伏逆变系统的整体模型，完成系统性的实验验证。

经过仿真实验验证，所提出的光伏逆变系统设计方案正确可行，且输出达到了设计要求，为进一步实现并网功能提供了条件，具有较高的实用参考价值。

关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；光伏逆变系统；正弦脉冲调制技术ABSTRACTWith intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy has got a promotion. The solar energy has a broad application because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System has earned more attention. As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field.This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research hotspot of PV inverter system and traverses the main techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which has a direct influence on work efficiency and work condition and technology of PV inverter.In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DC/DC converter and DC/AC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper uses a PV battery model whose output voltage changes with intensify of the illumination and the real time temperature. And this paper proposes a control method of MPPT on the basis of Boost converter and applies the Sinusoidal PWM in single phase inverter control. At last, we will build an integral PV inverter system by using Matlab/Simulink software, to get a verification and validation.Through many simulation experiments, the proposed photovoltaic inverter system design is correct and feasible. And the output indicators meet the design requirements. The system paves the road to the further implement and grid connection and has a high practical value.KEY WORDS: PV battery；maximum power point tracking (MPPT)；PV inverter system；sinusoidal pulse width control (SPWM)目录第1章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2光伏并网逆变器技术简介 (2)1.3光伏并网逆变器的国内外现状及发展趋势 (3)1.4本文主要研究内容 (4)第2章光伏并网逆变系统分析 (5)2.1逆变器拓扑结构 (5)2.2并网逆变器输入方式 (5)2.3并网逆变器的隔离方式 (6)2.4 并网逆变系统的方案及其工作原理 (7)2.4.1光伏电池的原理及数学模型 (8)2.4.2前级Boost升压电路工作原理 (10)2.4.3后级单相全桥逆变器的工作原理 (11)2.5最大功率点跟踪模块的原理及分析 (12)2.5.1最大功率点跟踪原理 (12)2.5.2 爬山法 (13)2.6本章小结 (15)第3章光伏并网逆变器的控制及实现 (16)3.1并网逆变器的SPWM技术 (16)3.1.1 SPWM调制技术原理 (16)3.1.2单相单极性SPWM逆变器 (17)3.1.3单相双极性SPWM逆变器 (17)3.2光伏并网逆变器的输出控制 (18)3.2.1并网逆变器的控制目标 (18)3.2.2并网逆变器的输出控制模式 (18)3.3并网电流闭环控制系统数学模型 (21)3.4本章小结 (24)第4章基于SPWM的并网系统MATLAB/Simulink仿真 (25)4.1单相光伏并网逆变系统的仿真 (25)4.2光伏电池模型仿真 (25)4.3并网逆变系统的仿真 (27)4.4系统仿真结果及分析 (28)结论 (30)参考文献 (31)致谢 .............................................................................. 错误!未定义书签。

单相级联H桥光伏并网逆变器控制策略研究

分类号______________________________ 密级______________________________ＵＤＣ______________________________ 编号______________________________硕士学位论文单相级联H桥光伏并网逆变器控制策略研究学位申请人：潘涛学科专业：电气工程指导教师：叶满园教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。

学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。

本人签名____________导师签名__________日期___________摘要单相级联H桥光伏并网逆变器控制策略研究摘要太阳能作为清洁的可再生能源得到了越来越多的应用，光伏发电技术的发展离不开光伏并网逆变器的研究，本论文以级联H桥光伏并网逆变器为研究目标。

级联H桥多电平逆变器拓扑具有高压大容量的变频能力、输出电压波形谐波含量小、易于模块化扩展、不需要变压器即可直接接入高压电网等优点。

本论文主要研究级联H桥光伏并网以下两个问题，第一是并网电流的控制问题；第二是级联H桥作为光伏并网逆变器由于光照、温度等条件的不均匀导致的功率不平衡问题，会造成直流侧电压漂移，威胁系统稳定运行。

针对于并网电流控制，本文提出了基于广义二阶积分器的比例复数积分控制。

单相光伏并网逆变器的研制

单相光伏并网逆变器的研制单相光伏并网逆变器的研制近年来，随着人们对可再生能源的重视程度不断提升，太阳能光伏发电得到了广泛关注。

光伏发电系统是一种将太阳能转化为电能的系统，其中光伏逆变器作为核心设备起到了至关重要的作用。

光伏逆变器的主要功能是将直流电能转换为交流电能，以满足家庭、企业或工厂的电力供应需求。

单相光伏并网逆变器是一种将光伏发电系统连接到公共电网的设备，可实现电网电能与光伏电能的平稳转换。

它可以将太阳能光伏板发出的直流电能转化为交流电，并与公共电网实现同步运行，从而将多余的电能注入到电力网络中，减少能源浪费，降低环境污染。

因此，单相光伏并网逆变器被广泛应用于家庭光伏发电系统、商业光伏发电系统和工业光伏发电系统中。

为了研制出效率高、性能可靠的单相光伏并网逆变器，首先需要进行系统设计。

设计过程需要考虑多个方面，包括逆变器的输入电压范围、输出功率范围、输出电压波形质量以及保护功能等。

另外，还需要考虑光伏模块的最大功率点跟踪（MPPT）功能，以确保逆变器能够高效地收集太阳能。

接下来，进行逆变器的硬件设计。

逆变器的硬件设计主要涉及到电路拓扑的选择、元件选型以及PCB设计等。

对于单相光伏并网逆变器来说，广泛采用的电路拓扑有单相全桥拓扑和单相半桥拓扑。

选择合适的电路拓扑可以提高整个逆变系统的效率和稳定性。

元件选型需要根据逆变器的功率要求和工作环境来选择合适的电子元件。

PCB设计方面需要考虑逆变器的散热、线路布局以及防止电磁干扰等问题。

在实现逆变器硬件设计的基础上，接下来是进行逆变器软件的开发。

逆变器软件主要包括控制算法的编写和系统保护功能的实现。

控制算法需要实现MPPT功能，通过精确计算最大功率点，确保光伏模块输出的电能最大化。

系统保护功能需要实现过压保护、欠压保护、过温保护以及短路保护等，以确保逆变器在不正常工作情况下能够及时停机，保护光伏模块和逆变器本身。

最后，进行逆变器的实验验证和性能测试。

在实验验证阶段，需要测试逆变器的输入电压范围、输出功率范围、电流波形以及稳定性等。