基于改进锁相环的单相光伏并网逆变器研制
基于改进调制的两级式单相光伏并网逆变器前级二次谐波抑制

第51卷第17期电力系统保护与控制Vol.51 No.17 2023年9月1日Power System Protection and Control Sept. 1, 2023 DOI: 10.19783/ki.pspc.230157基于改进调制的两级式单相光伏并网逆变器前级二次谐波抑制张鸿博,熊军华, 李继方(华北水利水电大学电气工程学院,河南 郑州 450045)摘要:为抑制两级式单相光伏并网逆变器前级电路中的二次谐波电流,利用开关周期平均模型对前级电路中二次谐波电流产生的原因进行了分析,基于此提出了抑制二次谐波电流的改进调制方法。
该方法根据实时采样得到的母线电压修正占空比,无需复杂的运算处理,易于实现。
进一步分析了改进调制方法下前级Boost电路的小信号传递函数,提出了欠阻尼条件下基于微分先行PID算法的光伏电池最大功率点电压跟踪方法。
仿真表明,改进后的两级式单相光伏并网逆变器最大功率点跟踪过程振荡小,光伏电池输出电流平稳,二次谐波电流抑制效果显著。
关键词:并网逆变器;二次谐波;抑制;开关周期平均;调制Front-stage second harmonic suppression of a two-stage single-phase photovoltaicgrid-connected inverter based on improved modulationZHANG Hongbo, XIONG Junhua, LI Jifang(College of Electrical Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China)Abstract: To suppress the second harmonic current in the front-stage circuit of a two-stage single-phase photovoltaic grid-connected inverter, the causes of the second harmonic current in the front-stage circuit are analyzed using a switching period average model, and based on this an improved modulation method for suppressing the second harmonic current is proposed. This method corrects the duty ratio according to the bus voltage obtained by real-time sampling. This is easy to realize without complicated processing. The small signal transfer function of the front-stage Boost circuit using an improved modulation method is analyzed, and a voltage tracking method of the maximum power point of photovoltaic cells based on a differential ahead PID control algorithm in an under-damped condition is proposed. The simulation results show that the improved two-stage single-phase photovoltaic grid-connected inverter has little oscillation in the maximum power point tracking process, the output current of photovoltaic cells is stable, and the second harmonic current suppression effect is remarkable.This work is supported by the Key Science and Technology Project of Henan Province (No. 222102240072).Key words: grid-connected inverter; second harmonic; suppression; switching period averaging; modulation0 引言单相逆变器输出瞬时功率含有2倍工频的波动,导致直流母线电压叠加大量2倍工频纹波(简称2次纹波)[1]。
单相光伏并网逆变器的研制

单相光伏并网逆变器的研制作者:倪柳柳祁承超来源:《电子技术与软件工程》2015年第19期摘要随着当前我国的科学技术进步,一些先进的技术已经在生活当中得到了实际应用,在电力行业的发展中,与之相关的电力设备和技术在作用的发挥上也愈来愈大。
逆变器是光伏阵列以及电网接口的比较重要的设备,其自身的心梗对整个光伏发电系统性能起着决定性作用,故此,本文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。
【关键词】单相光伏并网逆变器光伏发电系统设计当前人类对电力能源的需求量愈来愈大,对电力能源的问题进行解决就成了重要的内容,在光伏发电这一重要的新能源发展过程中就成了发展的亮点。
太阳能光伏发电系统的运行方式能够分为离网运行以及并网运行两个重要的类型,并网型的太阳能光伏发电系统又能够分为集中式大型并网光伏系统以及分散式小型并网光伏系统。
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。
1 光伏并网系统结构及单相并网逆变器并网控制方法1.1 光伏并网系统结构分析光伏并网系统的结构方面其主要是通过并网逆变器以及光伏阵列等继电保护装置所构成,并网逆变器主要是把光伏电池所发的电能逆变成正弦电流并入到电网当中,而电压型的逆变器则是通过电力电子开关器件连接电感所构成,并且是通过脉宽调制形式来向电网进行送电的。
其中的光伏列阵构成要素则是在并网系统当中比较重要的部件,主要就是把光能转换成电能;除此之外还有控制器以及继电保护装置,前者是光伏发电系统的核心部件,控制器主要是对光伏电池最大功率点跟踪控制,保证电能间的平衡,而后者则是对光伏系统以及电力网安全性的保证。
1.2 单相并网逆变器并网控制方法探究为能够将并网逆变器的性能得到有效提升,对并网控制的方法主要就是电流跟踪控制方法,在这一方法中的电流滞环控制法是较为常用的。
在电流滞环控制方法的原理上主要就是把实际电流信号和所需给定指令电流信号加以比较,如果是输出电流处在正弦波上半周期电流信号比滞环电流限定上限大,就可通过T2、T3管进行导通,这样就能够使得电流信号由此而减小。
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。
光伏并网逆变器中的单相数字锁相环研究

i e o f t e s c n amo i ,h s f tr t l r d e o d h r n c t i meh d i u tb e f r e g n e i g a p ia in , n me n h l e ii l l i e t o s i l o n i e r p l t s a d s a n c o a w i a n w dgt e a
The Re e r h o i g e ph s s a c f S n l - a e PLL n t o o o t i i he Ph t v la c
G rd. o i c nne t d I v r e y t m ce n e tr S se
JN Ma I n.S in h i U Ja .u
摘 要 : 光 伏 并 网 系 统 中 , 确 并 快 速 地 检 测 到 电 网 电压 的 频 率 、 位 和 幅 值 是 必 不 可 少 的 环 节 。 传 统 数 字 锁 在 准 相 相 环 检 测 电 网 电 压 的过 零 点 从 而 实 现 锁 相 , 该 方 法 抗 干 扰 能 力 差 。 基 于 二 阶 通 用 积 分 器 的 单 相 锁 相 环 较 传 但 统 的 数 字 锁 相 环 具 有 不 受 电 网 频 率 变 化 影 响 、 干 扰 能 力 强 的 优 点 , 该 算 法 在 离 散 化 实 现 时 会 引 入 二 次 谐 抗 但 波 而 导 致 锁 相 准 确 度 降 低 。 这 里 在 基 于 二 阶 通 用 积 分 器 的 单 相 锁 相 环 方 法 上 进 行 改 进 , 用 陷 波 器 滤 除 二 次 利 谐 波 , 方 法 适 用 于 工 程 应 用 , 时 提 出 了 一 种 新 的 陷 波 器 数 字 实 现 方 法 。最 后 进 行 了 实 验 验 证 , 果 表 明 该 该 同 结 方 法 不 受 电 网频 率 变 化 的影 响 , 迅 速 准 确 地 锁 相 并 消 除 了 二 次 谐 波 污 染 。 能 关 键 词 : 相 环 :单 相 :光 伏 并 网 ;逆 变 器 锁 中 图分 类 号 :N 1. T 91 8 文 献标 识码 : A 文章 编 号 :0 0 lO 2 1 )6 00 — 3 10 一 O X(0 10 — 0 6 0
基于改进型锁相环的单相并网逆变器

基于改进型锁相环的单相并网逆变器罗耀华;凡绍桂;游江【摘要】单相并网逆变器广泛地应用在新能源发电领域,它的一个关键技术就是对电网电压的锁相。
分析了基于Park变换的锁相环原理,并进行了改进。
针对并网逆变器采用的LCL滤波器,采用了基于电容电流前馈的有源阻尼控制方案,推导了LCL滤波器的模型,在此基础上加入电容电流前馈,推导出加入前馈后的数学模型,给出了不同前馈系数的bode图,分析出不同前馈系数的变化趋势。
通过单相并网逆变器的仿真实验,验证了改进型锁相环和有源阻尼控制的正确性。
搭建了硬件平台,进行了并网硬件实验,验证了以上理论的正确性和可行性。
%Single-phase grid-connected inverter is widely used in the field of new energy power generation , one of its key technologies is phase locked loop of the power grid voltage .The principle of the phase-locked loop based on Park transform was analyzed , and some improvements were made on the basis of this method .For the LCL filter used in the grid-connected inverter , the active damping control scheme based on capacitive current feed-forward was adopted .First the LCL filter model was deduced , on the base of this model the capacitor current feed-forward was added .On the basis of this model the bode diagram was built at different feed-forward coefficient and the change trend at different feed-forward coefficient was analyzed .Then the simulation experiment of single phase grid-connected inverter was made and the hardware platform of it was set up , which verified the correctness of the im-proved phase-locked loop and the active damping control .【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P46-50)【关键词】逆变器;并网;单相锁相环;LCL滤波器;有源阻尼控制;仿真【作者】罗耀华;凡绍桂;游江【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TM464单相并网逆变器需要采集电网电压的相位信息才能完成并网。
光伏单相逆变器并网控制技术研究论文(含中英文翻译)

本科毕业设计(论文)单相逆变器并网技术研究本科毕业设计(论文)单相逆变器并网技术研究摘要随着“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;DSP本科生毕业设计(论文)AbstractWith 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......................................................... III 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 (40)致谢 (42)附录1 (43)附录2 (52)附录3 (59)第1章绪论第1章绪论1.1 国内外可再生能源开发的现状及前景1.1.1可再生能源开发的现状及前景自20世纪50年代以来,随着经济活动的增加,世界能源消耗急剧上升,世界能源消耗增长了20倍。
单相光伏并网逆变器的研制的开题报告

单相光伏并网逆变器的研制的开题报告一、选题背景随着全球资源的日益减少和环境问题的不断加剧,人类不断寻求替代能源的方法,阳光资源是一种十分丰富的能源资源,对于发挥太阳能的最大效用,光伏发电技术在近年来得到了广泛的应用发展。
光伏发电中并网逆变器是一个核心部件,它承担了太阳能电池板发出的直流电转变成交流电并向公共电网并网的重要技术任务,同时逆变器的输出与电网的并联关系着非常密切,不合适的并联关系会带来很多不良影响,如整个功率系统可靠性的下降、系统效率的降低、电池板的损耗加剧等。
为此,研制单相光伏并网逆变器,对于光伏发电技术的普及和应用有着重要的意义。
二、研究内容本文主要研究单相光伏并网逆变器的研制,具体研究内容包括:1. 单相光伏并网逆变器的工作原理及理论基础研究。
2. 单相光伏并网逆变器的硬件设计与实现,包括模拟模块、数字模块的设计。
3. 单相光伏并网逆变器的控制策略研究和实现。
4. 单相光伏并网逆变器的测试及分析。
三、研究意义随着我国对清洁能源的重视和对环境保护的要求,光伏发电逆变器的研制对于探索清洁能源领域的应用和推广有着重要的意义,同时也可以有效提升光伏发电系统的效率和逆变器的可靠性。
本研究的成果可以为单相光伏并网逆变器的推广和实用提供理论支持和技术保障,有助于我国清洁能源事业的发展。
四、研究方法本文采用文献调研和实验研究相结合的方式,首先对单相光伏并网逆变器的基本原理和技术要求进行深入了解,然后通过对市场上常见的逆变器进行对比分析,确定设计方案和实验平台,最后进行实验测试和数据分析。
五、研究计划第一阶段:文献调研和相关知识学习(一个月)1. 学习光伏发电理论和发展现状。
2. 学习单相光伏并网逆变器的基础知识和技术要求。
3. 对市场上常见的单相光伏并网逆变器进行调研和分析。
第二阶段:单相光伏并网逆变器的硬件设计(两个月)1. 设计单相光伏并网逆变器的模拟模块和数字模块。
2. 对设计方案进行仿真和优化。
基于改进型Heric拓扑的单相无变压器型光伏并网逆变器

0 前 言 无 变压 器 型 逆变 器具 有 尺 寸 小 、成 本 低 和效
率 高等优 点 ,被广 泛应 用 于光 伏发 电系统 ll_ 。无 变压 器 型 逆变 器 由 于不 具有 变 压 器 隔离 。在 高频 开 关策 略 和拓 扑 结构 的限制 下 ,光 伏 模 块 和大 地 之 问会 产 生不 断 变动 的共 模 电压 ,共 模 电 压通 过 寄生 电容 注人 漏 电流 ,会造 成 电网 电流 谐 波 、电 磁 干扰等 严重 的安 全 问题同。
Heric逆 变拓 扑结构 如 图 1所 示 。
图 1 Heric拓 扑
Fig.I Heric topology
为 了能够 续 流 ,该拓 扑 在 H桥 的交 流侧 增 加 一 对背 靠 背 的功 率 管器 件 s ,s 。实现 了光伏 直 流 侧 和 电网交流 侧 之间 的 电气 隔离 ,避免 续流 时 滤 波 电感 L ,LJ2与直 流电容 C,之间的无功传输 ,消 除 高频谐 波 ,提高 了效 率 。但在 实 际应用 过 程 中 , 交 流桥臂 中点 电压不能 保持 稳 定 ,造 成共模 电压 悬 浮 。不能确 保 消除漏 电流 。
· 1314 ·
如 图 2所 示 。
路 莲 .等 基 于改进型 Hef ic拓扑的单相无变压 器型光伏并 网逆变器
SI,S n 厂]厂]厂]n
S2,S
『1 r]r_]厂]n
]n S5,S 『1『1厂]广 ]r]『1『1几厂
图 2 AVC—Heric拓 扑
Fig.2 AVC——Heric topolo ̄
摘 要 :传统 Heric拓扑 中,因桥臂 中点 电压处于悬 浮状 态 .而不能稳 定共模 电压 ,无 法完全抑制漏 电流 。文章 提出了一种新型有源 中点箝位逆变拓扑 ,在 Heric拓扑续流桥臂 中点处 向分压 电容 中点引入一条 T型通路 ,该 通路能够使 中点 电压有效箝位。最后 ,仿真实验结果验证 了所提 的拓扑结构能够稳定共模 电压和抑制漏 电流。 关键词 :漏 电流 ;逆变拓扑 ;T型通路 ;中点箝位 中 图分 类号 :TK81 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1671—5292(2018)09—1314—05
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(2)
由此得到 d,q 坐标系下的分量为:
θ θθ θθ θ θ θ ud = sinθ -cosθ
uq -cosθ -sinθ
uα uβ
cos(θ-ωt) =Us sin(θ-ωt)
(3)
式(3)中,仅在 ωt=θ,ud=Us,uq=0 时,d,q 坐标
系的同步旋转速度与两相静止坐标系下的电压
uα,uβ 角频率同步,锁相到电网电压,得 到 的 即 为 单相静止坐标系下的电网角度 ωt 及 Us,亦即此时 所要求的电网相位和幅值。根据三角函数平方和
为实现锁相,对 uq 进行 PI 调节,使其逼近零, 达到锁相目的。在 uq≠0 时,PI 调节器得到 △ω,加 上电网一般角频率 100π,即可得到电网实际角频 率 ω,再经过一个积分,加上初始相位后,得到电 网电压 us 的当前相位角。
启动时 us 频率 fs=49.5 Hz,在 0.1 s 时,fs=50 Hz, 在 0.15 s 时电压跌落 10%,由图 3a 可见,在 0.1 s, fs 变化时,在很短的时间内,即可锁定 us 的相位, 在 0.15 s 时,us 发生 10%的跌落,锁相环的相位锁 定不受影响。但在图 3b 中,锁相环的输出频率稍微 波动,主要是受初始频率的影响,实际情况下,fs 瞬 间波动不可能有 0.5 Hz 的情况,所以在实际中的 影响会减小。
图 6 实验波形
4结论
单相锁相环采用虚拟的 d,q 坐标变换方法, 取代了传统过零捕获硬件锁相电路,实现了纯软 件的锁相环,可实现在电网频率突变、电网含谐 波、电网电压幅值跌落等各种情况下快速准确锁 相、锁频,得到电网的当前信息,实现并网要求。对 电流内环利用比例谐振控制器来实现给定电流和 逆 变 器 输 出 电 流 的 无 静 差 跟 踪 ,提 高 了 电 流 内 环 的 抗 干 扰 能 力 ,加 快 了 内 环 动 态 性 ,抑 制 了 谐 波 , 提高了整个逆变器的控制效率;通过 Matlab 仿真 软 件 得 到 的 仿 真 结 果 证 明 ,这 里 提 出 的 一 种 软 件 锁相环在单相光伏并网逆变器的应用方法是可行 的。制作了 3 kW 的样机,并对其进行测试,由结 果可见,此处软件锁相环在单相并网逆变器控制 中的应用是有效的。
图 5 控制系统仿真波形
3.2 单相并网逆变器样机实验 为进一步验证算法有效性,制造了一台 3 kW
并网逆变器,并做了测试实验。主要参数为:直流侧 光伏组件的峰值电压 265 V,峰值功率 3.5 kW,交流 侧滤波电感 Lf=2.5 mH,交流侧滤波器电容 Cf=30 μF, 开关频率 fs=10 kHz,变压器参数:Pn=3.5 kW,U1n/ U2n=125 V/230 V,直流侧稳压电容 C=3 300 μF,采 样频率为 10 kHz。
YANG Hui-hong, SHEN Ding-kun, JIANG Huai-zhen, ZHAI Deng-hui
(XJ Electric Company,Xuchang 461000,China) Abstract:This paper presents an improved Software Phase-locked-loop(SPLL)algorithm for a single phase photovoltaic grid-connected inverter which arrays synchronizing a sinusoidal current output with a voltage grid.Through a phase delay,two orthogonal voltage in stationary coordinate system are generated,virtual d,q coordinate transformation is employed,the phase and frequency of grid voltage is obtained and the computing speed of PLL is improved.For achieving zero steady state error of current inner loop,quasi-proportion resonant(PR)controller is applied,voltage outer loop employs proportion integeral(PI)controller.Finally,simulation analysis based on Matlab and construction of single-phase grid-connected inverter confirm the theory feasibility of the method. Keywords:inverter;photovoltaic grid-connected;software phase-locked-loop;unity power factor
基于改进锁相环的单相光伏并网逆变器研制
图 4 电网电压含有谐波时的仿真波形
按照上述参数,得并网逆变器的样机实验波 形 ,图 6a 为 逆 变 器 直 流 母 线 电 压 Udc 波 形 ,可 见 Udc 在光照稳定情况下非常稳定。图 6b 为 us 和 ig 的相位关系,图中按电动机惯例定义逆变器电压 电流的方向,电压和电流相位完全相反,实现了功 率因数为-1 的情况,这与通常的功率因数为 1 的状 况一致,只是定义有差别。
构,首先采样光伏电池板电压和电流,对其进行基
于扰动观测的牛顿插值 MPPT 算法,再经过外环 调节,同时在交流侧采样电网电压,对其进行锁
相,经过电流内环,此处电流内环的输出和电网电
压前馈合成调制波,送给 SPWM 模块,生成控制
逆变器开关管开断的脉冲。电网前馈的目的是使
电网电压对输出电流影响为零,从而达到全补偿,
通过仿真分析可知,改进的纯软件锁相环在 电网电压的频率突变、谐波干扰、幅值突变等情况 下,均能锁定基波相位和频率,具有很好的静态和 动态性能,可得到电网电压的相位和频率,只要在 软件实现过程中经过适当的处理,完全可实现逆 变器的并网控制。
3 并网逆变器控制系统仿真和实验
3.1 单相并网逆变器控制系统的仿真 利 用 仿 真 软 件 Matlab/Simulink 搭 建 了 3 kW
单相并网逆变器平台,对控制系统的仿真进行了验 证。在光照稳定时,逆变器输出电流幅值为 21 A, 图 5a 为电流内环跟踪效果。在一个工频周期内, 逆变器输出电流完全跟踪给定电流,实现了电流 内环的无静差控制。
为提高并网逆变器的发电效率,一般让逆变 器运行在功率因数为 1 的状态下,图 5b 为该情况 下电网电压与并网电流波形。由图可见,此时逆变 器输出电流相位与电网电压相位完全一致,达到 了预期效果。
第 45 卷第 7 期 2011 年 7 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.45, No.7 July 2011
基于改进锁相环的单相光伏并网逆变器研制
杨恢宏, 沈定坤, 蒋怀贞, 翟登辉 (许继电气技术中心,河南 许昌 461000)
摘 要 :介绍了一种应用于单相光伏并网逆变器的改进型软件锁相环算法,可使逆变器输出电流与电网电压同
1引言
近年来,在寻找克服世界能源危机的方法中, 光伏发电系统引起越来越多的关注,其中光伏并 网逆变器尤其引人注目。一般情况下,为提高有功 利用率,实行功率因数为 1 的控制策略。在整个控 制系统中,电流控制方式最为关键,常见电流控制 方法为 PI 控制、PR 控制[1],为实现电流跟踪零误 差,这里对电流实行 PR 控制。电压和电流相位控 制的一个重要环节为锁相环,针对传统过零捕获 动态性能差、电压畸变时锁相效果差等缺点,这里 利用一种虚拟坐标变换的纯软件锁相环得到电网 电压的频率和相位信息,为逆变器并网提供基础, 最 后 通 过 Matlab 仿 真 并 搭 建 样 机 平 台 验 证 了 理 论的有效性。
步。将电网电压通过相位延迟,得到静止坐标系下 2 个正交电压,采用虚拟 d,q 坐标变换,经过一系列处理后,
得到电网电压的相位及频率,提高了锁相速度,消除了谐波干扰,快速锁定任意频率和幅值电网电压的相位和
频率。利用准比例谐振(PR)控制器对电流内环进行跟踪,实现了无静差调节,外环采用 PI 调节器。最后,通过
Matlab 仿真及样机实验分别验证了基于改进软件锁相环的单相并网逆变器的可行性。
关 键 词 :逆变器;光伏并网;软件锁相环;单位功率因数
中 图 分 类 号 :TM464
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1000-100X(2011)07-0011-03
Single-phase Photovoltaic Grid-connected Inverter Based on Improved Phase-locked-loop
直流侧由光伏电池板供电,经电容稳压后接 到单相逆变桥,逆变桥输出经交流侧滤波电感 Lf 和升压变压器后,经过并网开关接到电网。其控制 回路采用电压外环和电流内环的双闭环控制结
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第 45 卷第 7 期 2011 年 ห้องสมุดไป่ตู้ 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.45, No.7 July 2011
2 单相并网逆变器控制系统建模
2.1 单相并网逆变器系统拓扑与控制结构 此处介绍的单相并网逆变器主电路及控制
拓扑结构如图 1 所示[2]。
图 1 单相并网逆变器主电路及控制拓扑
定 稿 日 期 : 2011-05-30 作 者 简 介 : 杨 恢 宏 (1973- ), 男 , 湖 南 人 , 硕 士 , 研 究 方 向 为 电力电子设备开发。
uα=Ussinωt, uβ=Ussin(ωt-π/2)