三相单级式光伏并网型逆变器的研制
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定 稿 日期 ：２ １ —１ — １ ０ ０ ２ ３
阵 列
＝ 一
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］ 丰
图 １ 系 统 电 路 结 构
３ 控 制 方 法
系 统 采 用 Ｄ Ｐ数 字 化 控 制 ． 由软 件 完 成 环 路 Ｓ 运 算 和 控 制 、空 间矢 量 调 制 、软 件 锁 相 和 相位 跟
ｐ ｔ ｏ ｔ ｃ ｒ ｉ ｅ ｃｉ ｅ ｐ ｗ ｒ ｆ ｒ ｌ ｃ ｌ ｌａ ｓ ａ ｈ ｅ ｃ ｉｅ ｐ ｗｅ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ Ａ ｏ ｔ ｒ ｈ ｓ — ｃ ｅ ｔ ｏ ｓ ｕ ｕ ｅ ｔ ｎ ｒ ａ ｔ ｏ ｅ ｏ ｏ ａ ｏ ｄ ｓ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ． ｓ ｆ ａ ｖ ｖ ｏ ｗａｅ ｐ ａ ｅ ｌ ｋ ｄ ｍｅｈ ｄ ｉ ｏ
开始
Ｖ０ ．５．Ｎｏ６ １４ ．
Ｊｎ ０ １ ｕ ｅ２ １
踪 、 Ｐ 各种 保护等 。 ＭＰ Ｔ、 逆 变 器 启动 时 ， 用 交 流 电压 环 控 制 ， 制 输 采 控 出三相 对 称 正 弦 电压 ，其 幅 值 经 隔 离 变 压 器 后 基 本 等 于或 略大 于 电 网 电压 ， 通 过 软 件 锁 相 ， 相 且 其 位 与 电网 电 压 一致 ， 时 ＭＰ） 不 起 作用 ， 伏 电 此 Ｉ ｒ ｒ 光 池 并不 工 作 在 ＭＰ ． 统 工 作在 带 本 地 负 载 模 式 。 Ｐ系 待 电压 环 稳 定 时 。 测 此 时 的三 相 电流 ， 检 即本 地 负
足负载要求时 ， 由蓄 电池 来 进 行 补 充 ． 当 其 输 出 而 功 率 超 出 负 载 需 求 时 ，将 电 能 储 存 在 蓄 电池 中 ： ② 将 太 阳 能 电池 控 制 系 统 与 电 网并 联 ．当 太 阳 能
变 换 器 效 率 较 高 。 输 出 滤 波 器 采 用 Ｌ Ｌ滤 波 ． Ｃ 该
第 ４ ５卷 第 ６期
２ｌ ０ １年 ６ 月
电力 电子 技 术
Ｐ ｗｅ ｌ ｃｒ ｎ ｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔ ｉｓ ｏ
Ｖ １ ５，Ｎ ． ｏ． ４ ｏ６
Ｊ ｎ ０１ ｕ ｅ２ １
三相单级式光伏并 网型逆变器的研制
钟 宇 明
（ 圳职 业技 术学 院 ， 深 自动 化 技 术 研 究 所 ，广 东 深 圳 ５ ８５ ） １０ ５
ｄ／ ｌ ｄ
检 测 光 伏 电 池 电 压 电 流 ％ ，。 ，ｄ—＋ ” ，（ ）， ） 计 算ｄｕ＝ ） Ｕ ｎ １ ｕ（ 一 （ 一 ） ｄ＝ （ ） １ ） ｌｌｎ 一
一
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载 电流 ｉ ， ，经 坐 标 变 换后 得 到 ｄ ｑ坐 标 系 下 ｉ ， ， 的本 地 负 载 的 有功 电流 ｉ和 无 功 电流 。令 有 功 、
结束 返 回
（） 纳 增 蘑 珐 ｂ导
图 ３ 两 种 方 法 的 控 制 流 程 图
实 验 中发 现 ， 当光 照 条 件 突 变 较 大 ， 尤其 是 由
算 法 ， 据 算 法 逐 渐 增 大 ， 到 光伏 电池 输 出 根 直 当前 光 照 下 的最 大功 率 。 图 ２示 出 并 网 后 控 制 框 图 ． 由 ＭＰ ｒ 法 获 Ｐ ｒ算
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ：ｎｖ ｒｅ ｙ ｒ ｉ ｅ ｒ； ｇ ｉ ｃ ｎ ｔｎｇ； ｒ ａ ｔｖ ｐ ｗｅ ｏ ｔ ｒｄ—ｏｎ ｅｃｉ ｅ ｃｉ ｅ ｏ ｒ ｃ ｍｐｅ ｓ ｔ ｎ ； ｍａ ｍｕｍ ｗｅ ｏｉｔ ｔａ ｋｉ ｎ ａｉ ｏ ｘｉ ｐｏ ｒ ｐ ｎ ｒ ｃ ｎｇ
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时 也 更 节 省 电感 磁 芯 材 料 ｌ。 １ 】
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光 伏
＋
Ｊ
Ｊ
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Ｉ
２ 技 术 要 求 及 系统 电 路 结 构
三 相 并 网 型 逆 变 器 的 关 键 技 术 要 求 有 ：最 大
基 金 项 目 ： 圳 市 科 技 计 划 资 助 项 目（ ８ Ｊ ０ ３ 深 Ｏｌｆ ３ ） ＜ｂ
滤 波 器 比 Ｌ， Ｃ滤 波 器 具 有 更 好 的 衰 减 特 性 ． Ｌ 同
电池 输 出 电能 不 能 满 足 负 载 要 求 时 ． 由 电 网 进 行 补 充 ； 当其 输 出 的 功 率 超 出负 载 需 求 时 ． 电能 而 将 输送 到 电网 中。在此 针对 后 一种 方法 进 行研 究 。
输 出能 量 传 递 到 电 网 ，减 少 了一 级 Ｄ ／ Ｃ变 换 ． ＣＤ
个 方 向 。利 用 太 阳 能 光 伏 发 电 的 方 法 主 要 有 ： 向负 载 提 供 电能 ．当 太 阳 能 电池 输 出 电 能 不 能 满
① 利 用 蓄 电池 和 太 阳能 电 池 构 成 独 立 的供 电系 统
ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｏ ｈ Ｐ ｔｏ ｓ ａ ｍｅ ｈ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｉ ｆｔ ｅ ＭＰ Ｔ ｍｅｈ ｄ ， ｔｏ ｏ ｉ ｉ ｇ ＣＶＴ， ｎ Ｃｏ ｄ ａ ｄ ｆｓ — ｇ ｌ ｔ ｎ ｉ ｃ ｏ ｅ ｉ ｏ ｄ ｒ ・ ｓｃ Ｉ ｅ ｎ ｎ ａ ｔｒ ｕ ａｉ ｓ ｈ ｓ ｎ ｗ ｔ ａ ｇ ｏ ｅ ｅ ｏ ｈ
无 功 给 定 电流 ｉ ＝ ’ｆｉ 切 换 到 电流 环 控 制 ， ｄ ｉ，ｔ ＝ｑ ￣ ｑ ， ｒ ｅ 然 后 闭合 并 网继 电器 ， 把输 出 并到 电 网 。 时 ｉ都 此 。 由逆 变 器提 供 ， 当于 无 功补 偿 。然 后 启 动 ＭＰ 相
（） 定 电 压 珐 ａ恒
ＺＨＯＮＧ ｕ— ｉ ｇ Ｙ ｒ ｎ ｕ
（ ｈｎｈ ｎＰ ｌ ｅｈ ｗ Ａ ｔ ａｉ Ｉｓｔｔ ，Ｓ ｅｚｅ １０ ５，Ｃ ｉ ） Ｓ ｅｚｅ ｏ ｔｃｎ ｕｏ ｔ ｎｔｕｅ ｈ ｎｈｎ ５ ８ ５ ｙ ｍ ｃ ｉ ｈｎ ａ
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１ 引 言
太 阳 能光 伏 发 电是 太 阳 能规 模 化 应 用 最 大 的
一
额 定 容 量 为 ５ｋ Ａ，直 流 输 入 电压 为 ２ ０ ５ ０Ｖ． Ｖ ４ ～３
输 出为 三 相 对 称 的正 弦 波 。 载 以上 时 ， 相 输 出 半 三
电流 总谐 波 失真度 Ｔ ＜ ％， 网功率 因数 Ａ ０９ 。 ＨＤ ５ 并 ＞ ．８ 系 统 电路 结 构 如 图 １ 示 ，采 用 的是 单 级 式 所 结构 。 结构直接利用 Ｄ ／ 该 Ｃ ＡＣ逆 变 器 将 光 伏 电池
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１ １
作 者 简 介 ： 宇 明 （ ９ ８ ， ， 南 郴 州 人 ， 程 师 ， 究 钟 １ ７ 一） 男 湖 工 研
方 向为 电力电子 与 电力传 动 、 阳能 光伏发 电。 太
第４ ５卷 第 ６期
２ １ ０ １年 ６ 月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗ ｔＥ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｅ ｌ ｃｒ ｉ ｓ ｏ
得 当前 光 照 条 件 下 光 伏 电池 的直 流 电压 给 定 ，
强 突 然 变弱 时 ， 由于 导 纳 增量 法 调 整速 度 慢 ． 往 往
反 应 不 过来 ，从 而将 母 线 电压 拉低 甚至 出现 母 线
速 、 确 地 跟 踪 光 伏 电 池 的 最 大 功 率 点 （ Ｐ 。 逆 变 器 输 出 有 功 功 率 到 电 网 ， 能 方 便 灵 活 地 控 制 输 出 一 定 的 准 ＭＰ ） 并 无 功 功 率 给 本 地 负 载 ， 到 无 功 补 偿 作 用 。这 里 介 绍 的 软 件 锁 相 方 法 能 保 持 开 关 频 率 不 变 ， 通 过 调 整 指 针 零 起 并 点及其 步长 来对逆 变 器输 出进 行调 相调 频 。该逆 变器 结构 和控 制 简单 ， 实验 室 获得 了较好 的实 验结 果 。 在 关 键 词 ： 变 器 ；光 伏 并 网 ；无 功 补 偿 ；最 大 功 率 点 跟 踪 逆
摘 要 ： 绍 了 研 制 的 三 相 单 级 式 光 伏 并 网 型 逆 变 器 ， 动 时 采 用 电 压 环 控 制 ， 动 后 切 换 到 电 流 环 并 启 动 最 大 介 启 启
功 率 点 追 踪 （ Ｐ 控 制 。 根 据 ＭＰ Ｔ算 法 特 点 ， 用 恒 定 电 压 法 、 纳 增 量 法 及 快 速 调 整 相 结 合 的方 法 ． 快 ＭＰ Ｔ） Ｐ 采 导 能
中 图分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ４４ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ０ １０ ２ １ ）６ ０ １－ ３ １ ０ — ０ Ｘ（０ １０ — ０ １ ０
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｆ ａ Ｔｈｒ ｅ・ ａｓ ｉ ｇ ｅ－ｔ ｇ ｉ ・ｏ ｎｅ ｔ ｄ Ｐｈｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎｖ ｒ ｅ ｅ・ ｐｈ ｅ Ｓ ｎ ｌ － ａ ｅ Ｇｒ ｄ・ ｎ ｃ ｅ ｓ ｃ ｔ ｖ ｌａ ｃ Ｉ ｅ ｔ ｒ
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图 １ 系 统 电 路 结 构
３ 控 制 方 法
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踪 、 Ｐ 各种 保护等 。 ＭＰ Ｔ、 逆 变 器 启动 时 ， 用 交 流 电压 环 控 制 ， 制 输 采 控 出三相 对 称 正 弦 电压 ，其 幅 值 经 隔 离 变 压 器 后 基 本 等 于或 略大 于 电 网 电压 ， 通 过 软 件 锁 相 ， 相 且 其 位 与 电网 电 压 一致 ， 时 ＭＰ） 不 起 作用 ， 伏 电 此 Ｉ ｒ ｒ 光 池 并不 工 作 在 ＭＰ ． 统 工 作在 带 本 地 负 载 模 式 。 Ｐ系 待 电压 环 稳 定 时 。 测 此 时 的三 相 电流 ， 检 即本 地 负
足负载要求时 ， 由蓄 电池 来 进 行 补 充 ． 当 其 输 出 而 功 率 超 出 负 载 需 求 时 ，将 电 能 储 存 在 蓄 电池 中 ： ② 将 太 阳 能 电池 控 制 系 统 与 电 网并 联 ．当 太 阳 能
变 换 器 效 率 较 高 。 输 出 滤 波 器 采 用 Ｌ Ｌ滤 波 ． Ｃ 该
第 ４ ５卷 第 ６期
２ｌ ０ １年 ６ 月
电力 电子 技 术
Ｐ ｗｅ ｌ ｃｒ ｎ ｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔ ｉｓ ｏ
Ｖ １ ５，Ｎ ． ｏ． ４ ｏ６
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三相单级式光伏并 网型逆变器的研制
钟 宇 明
（ 圳职 业技 术学 院 ， 深 自动 化 技 术 研 究 所 ，广 东 深 圳 ５ ８５ ） １０ ５
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检 测 光 伏 电 池 电 压 电 流 ％ ，。 ，ｄ—＋ ” ，（ ）， ） 计 算ｄｕ＝ ） Ｕ ｎ １ ｕ（ 一 （ 一 ） ｄ＝ （ ） １ ） ｌｌｎ 一
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（） 纳 增 蘑 珐 ｂ导
图 ３ 两 种 方 法 的 控 制 流 程 图
实 验 中发 现 ， 当光 照 条 件 突 变 较 大 ， 尤其 是 由
算 法 ， 据 算 法 逐 渐 增 大 ， 到 光伏 电池 输 出 根 直 当前 光 照 下 的最 大功 率 。 图 ２示 出 并 网 后 控 制 框 图 ． 由 ＭＰ ｒ 法 获 Ｐ ｒ算
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基 金 项 目 ： 圳 市 科 技 计 划 资 助 项 目（ ８ Ｊ ０ ３ 深 Ｏｌｆ ３ ） ＜ｂ
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电池 输 出 电能 不 能 满 足 负 载 要 求 时 ． 由 电 网 进 行 补 充 ； 当其 输 出 的 功 率 超 出负 载 需 求 时 ． 电能 而 将 输送 到 电网 中。在此 针对 后 一种 方法 进 行研 究 。
输 出能 量 传 递 到 电 网 ，减 少 了一 级 Ｄ ／ Ｃ变 换 ． ＣＤ
个 方 向 。利 用 太 阳 能 光 伏 发 电 的 方 法 主 要 有 ： 向负 载 提 供 电能 ．当 太 阳 能 电池 输 出 电 能 不 能 满
① 利 用 蓄 电池 和 太 阳能 电 池 构 成 独 立 的供 电系 统
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１ 引 言
太 阳 能光 伏 发 电是 太 阳 能规 模 化 应 用 最 大 的
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额 定 容 量 为 ５ｋ Ａ，直 流 输 入 电压 为 ２ ０ ５ ０Ｖ． Ｖ ４ ～３
输 出为 三 相 对 称 的正 弦 波 。 载 以上 时 ， 相 输 出 半 三
电流 总谐 波 失真度 Ｔ ＜ ％， 网功率 因数 Ａ ０９ 。 ＨＤ ５ 并 ＞ ．８ 系 统 电路 结 构 如 图 １ 示 ，采 用 的是 单 级 式 所 结构 。 结构直接利用 Ｄ ／ 该 Ｃ ＡＣ逆 变 器 将 光 伏 电池
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作 者 简 介 ： 宇 明 （ ９ ８ ， ， 南 郴 州 人 ， 程 师 ， 究 钟 １ ７ 一） 男 湖 工 研
方 向为 电力电子 与 电力传 动 、 阳能 光伏发 电。 太
第４ ５卷 第 ６期
２ １ ０ １年 ６ 月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗ ｔＥ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｅ ｌ ｃｒ ｉ ｓ ｏ
得 当前 光 照 条 件 下 光 伏 电池 的直 流 电压 给 定 ，
强 突 然 变弱 时 ， 由于 导 纳 增量 法 调 整速 度 慢 ． 往 往
反 应 不 过来 ，从 而将 母 线 电压 拉低 甚至 出现 母 线
速 、 确 地 跟 踪 光 伏 电 池 的 最 大 功 率 点 （ Ｐ 。 逆 变 器 输 出 有 功 功 率 到 电 网 ， 能 方 便 灵 活 地 控 制 输 出 一 定 的 准 ＭＰ ） 并 无 功 功 率 给 本 地 负 载 ， 到 无 功 补 偿 作 用 。这 里 介 绍 的 软 件 锁 相 方 法 能 保 持 开 关 频 率 不 变 ， 通 过 调 整 指 针 零 起 并 点及其 步长 来对逆 变 器输 出进 行调 相调 频 。该逆 变器 结构 和控 制 简单 ， 实验 室 获得 了较好 的实 验结 果 。 在 关 键 词 ： 变 器 ；光 伏 并 网 ；无 功 补 偿 ；最 大 功 率 点 跟 踪 逆
摘 要 ： 绍 了 研 制 的 三 相 单 级 式 光 伏 并 网 型 逆 变 器 ， 动 时 采 用 电 压 环 控 制 ， 动 后 切 换 到 电 流 环 并 启 动 最 大 介 启 启
功 率 点 追 踪 （ Ｐ 控 制 。 根 据 ＭＰ Ｔ算 法 特 点 ， 用 恒 定 电 压 法 、 纳 增 量 法 及 快 速 调 整 相 结 合 的方 法 ． 快 ＭＰ Ｔ） Ｐ 采 导 能
中 图分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ４４ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ０ １０ ２ １ ）６ ０ １－ ３ １ ０ — ０ Ｘ（０ １０ — ０ １ ０
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｆ ａ Ｔｈｒ ｅ・ ａｓ ｉ ｇ ｅ－ｔ ｇ ｉ ・ｏ ｎｅ ｔ ｄ Ｐｈｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎｖ ｒ ｅ ｅ・ ｐｈ ｅ Ｓ ｎ ｌ － ａ ｅ Ｇｒ ｄ・ ｎ ｃ ｅ ｓ ｃ ｔ ｖ ｌａ ｃ Ｉ ｅ ｔ ｒ