光伏并网逆变器建模
新型太阳能光伏并网逆变器仿真分析
《自动化与仪器仪表》２０１１年第２期（总第１５４期）７１新型太阳能光伏并网逆变器仿真分析*潘 建（淮阴师范学院物理与电子电气工程学院 江苏淮安，223001）摘 要：介绍并分析一种新型太阳能光伏并网逆变器的拓扑结构及其工作原理。
为改善输出波形质量，减少并网电流谐波，该新型逆变器省略传统逆变桥臂的死区设定，通过控制逆变桥臂的直通矢量占空比实现光伏阵列输出电压的升压功能。
利用ＭＡＴＬＡＢ软件对逆变器控制模式进行仿真，仿真结果证明理论分析的正确性和有效性。
关键字：光伏并网；直通矢量；占空比Abstract: The topology structure and the operating principle of a new type of grid-connected photovoltaic inverter is introduced.The deadtime setting of bridge arm is elided which decreases the grid-connected current harmonics and improves the quality of output waveforms. The boost function of output voltage of the photovoltaic arrays is achieved by controlling the through vector duty ratio of bridge arm. The system is simulated in MA TLAB, and the waves of simulation accord with the theoretical analysis.Key words: Grid-connected photovoltaic ; Through vector ; Duty ratio中图分类号：ＴＫ５１３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２２７（２０１１）０２－００７１－０３０ 前 言进入２１世纪，太阳能光伏发电技术得到了持续的发展，户用光伏并网发电已经成为太阳能利用的主要方式之一［１］。
138、光伏并网发电系统建模技术研究综述
光伏并网发电系统建模技术研究综述李峰，李威，薛峰，方勇杰，施涛，朱凌志（国网电力科学研究院，江苏省南京市210003）摘要：作为光伏电站接入电网运行分析研究的主要手段，数字仿真技术为提高光伏发电系统运行的经济性和可靠性，解决光伏发电系统并网运行所涉及的理论和技术问题，提供了必要的工具，对促进光伏发电系统示范工程建设和推广应用具有重要的理论意义和实用价值。
本文针对光伏并网发电系统的构成,从光伏电池模型、并网逆变器控制模型和并网保护模型三个方面综述了国内外有关光伏并网发电系统建模的研究现状，并通过对三方面研究现状的总结，阐述了一个完整的光伏并网发电系统模型的建立过程。
关键词：光伏并网发电系统; 建模；光伏电池；逆变器；控制和保护系统中图分类号：TM71；TM71引言近年来全球太阳能光伏发电产业迅猛发展，10年间年均增长41.3%，尤其是近5年，年均增长达到49.5%。
2008年，全球各类太阳能光伏电池组件的总产量为6850MW，而中国年产量达到了2540.685MW，约占世界产量的40%。
太阳能光伏发电已越来越受到重视并得到大规模应用，而高压并网消纳则是大容量光伏发电发展的必然方向。
大规模的光伏发电接入电网[1-5]，首先带来的是接入点的电能质量问题，光伏并网发电一般都是通过电力电子逆变器接入电网，必然给电网造成谐波污染，谐波的次数和大小与采用的逆变器装置和滤波系统有关；其次，光伏发电的电能输出受太阳光辐照度的影响较大，具有间歇性、周期性、随机性的特点，再加上大容量的太阳能光伏电站很多都建在沙漠等偏远地区，与主电网联系较弱，太阳能光伏电站有功输出的波动很容易造成接入点电压的脉动以及输电线路潮流的波动，带来地区电网电压稳定性以及线路的逆潮流问题；此外，太阳能光伏电站的大规模装机也会对电力系统的建设规划带来新的问题，如在进行电源规划时，如何考虑太阳能光伏电站的装机容量与发电量在系统电源建设中的作用，如何确定一个地区所能允许接入的最大太阳能光伏电站装机容量等等。
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。
光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。
在光伏并网系统中,并网逆变器是核心部分.目前并网型系统的研究主要集中于DC—DC和DC-AC两级能量变换的结构。
DC—DC 变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC—AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。
其中DC—AC是系统的关键设计.太阳能光伏并网系统结构图如图1所示.本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器.前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。
控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。
图1 光伏并网系统结构图逆变器的设计太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电,并送入电网。
同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。
并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。
图2是并网逆变器的原理图。
图2 逆变器原理框图控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。
实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。
控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路.其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。
光伏并网建模与仿真
光伏发电并网系统建模与仿真【摘要】:为开展太阳能光伏发电并网系统的研究，本文通过电压空间矢量脉宽调制SVPWM技术其谐波小、直流侧电压利用率高、算法简单、等特点应用于光伏发电系统中的方法,能够提高对光伏电池输出直流电压的利用，从而达到改善整个光伏发电系统的性能。
【关键词】：光伏并网系统； SVPWM技术1．光伏并网发电系统结构三相光伏并网发电系统包括以下三个部分:光伏阵列模块、逆变器、控制器和电网,图1是光伏并网发电系统结构图，图中光伏电池板接受太阳光照射,将太阳能转换成直流电,经并网逆变器逆变为交流电与配电网络并网运行.图1 光伏并网发电系统结构图1.1。
光伏电池数学模型光伏电池是光伏电源的最小单元，通常将一系列小功率的光伏电池组成光伏组件，再根据功率等级通过串并联形成光伏阵列、得到光伏电源。
光伏电池的基本结构是能够将光能转换为电能的PN结,图2显示了其精确的等效模型，由光生电流源、二极管、串联和并联电阻组成。
光伏电池产生的光生电流Ｉph与光照强度λ成正比,流经二极管的电流、I d随着结电压Ｕd及逆向饱和电流Ｉsat的不同而变化。
图2 光伏电池的等效电路相应的U -I 特性为:()[1]s q U IR sAkTph d shU IR I I I eR ++=---(1.1）式中,玻尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K;q=1.6×10—19C ，为电子的电荷量；T 为温度；R sh 和R s 为并联和串联电阻;A 为二极管的理想因子,1≤A ≤2，当光伏电池输出高电压时A =1，当光伏电池输出低电压时A =2；ph I 和d I 分别为光生电流和流过二极管的反向饱和漏电流,ph I 和d I 是随环境变化的量，需根据具体的光照强度和温度确定。
工程上光伏电池的应用模型通常只采用供应厂商提供的几个重要参数，包括标准参数（光照强度21000/b S W m =,环境温度25b T C =︒）, sc I （光伏电池短路电流），m I (光伏电池最大功率点电流)，oc V （光伏电池开路电压)m V （光伏电池最大功率点电压）.根据以上参数，在工程精度的要求范围之内，建立工程应用的光伏电池数学模型，需要对表达式（2.1）做简化，随着外界环境的变化，推算出当前环境下（电池温度为 T ，光照强度为 S ）的光伏电池参数scc I ，occ V ，mm I ，mm V ，并求得此时光伏电池的I —U 特性曲线。
光伏并网逆变器整体建模及仿真
DC/DC与DC/AC,如图1所示。
图1光伏并网系统拓扑图Boost变流器结构如图2所示。
功率开关S的周期为T,导通时间t on,占空比d=t on/T,为说明论述的主要问题,本文以理想的Boost变流器为对象来分析建模。
在分析之前,作如下假设和规定: (1)功率MOSFET管输出电容忽略不计,开通电阻阻值为0,关断电阻为无穷大。
(2)二极管为理想二极管。
即导通电阻为0,关图2Boost电路模型采用三端开关器件模型法[6],将Boost变流器的MOSFET和二极管作为整体看成一个三端开关器件,如图3(a)、(b)所示,用端口的平均电压、平均电流的关系来表征该模型,如图4所示,然后把它们适当地嵌入到要讨论的对象中,变成平均值模型。
具体推导如下:图4平均值电路模型在[0,dT s]时段,开关S导通,D截止:i s(t)=I l;v cp(t)=v ap(t)在[dT s,T s]时段,开关S截止,D导通:i s(t)=0;v cp(t)=0在一个开关周期内积分,并求平均值<i s(t)>Ts=1T s(dT s0∫I l d t+T s dT s∫0d t)=d I l <v cp(t)>Ts=1T s(dT s0∫v ap(t)d t T s dT s∫0d t)=d v ap(t)为使模型进一步简化,将由占空比d控制的理想变压器取代受控电压源、电流源。
为保持替换前后等效,必须保证图3(a)所示二端口网络N的平均端口电压电流与原电路对应的平均电压、电流相图5理想变压器等效模型)>Ts=<v>Ts'<i(t)>Ts=<i>Ts(即(a)开关网络(b)等效三端器件图3二端口开关网络及其等效模型图6Boost大信号模型1.2.1逆变器交流侧模型对一台单相、两电平、硬开关、带LC滤波器的PWM逆变器,无论采用半桥还是全桥、单极性还是双极性调制,都可用图7所示的电路模型表示[7]。
新型光伏并网逆变器的建模与控制方法
新型光伏并网逆变器的建模与控制方法姚乐乐;刘晓悦【摘要】将由对称Z源逆变器和三相对称LCL滤波器组成的光伏并网逆变器作为研究对象,对Z源网络和一相LCL滤波器建立数学模型.将模型参数看作系统参数,模型输入信号的变化看作扰动,根据模型的固有缺陷,结合前期成果,重点研究两种情况的系统改进策略:①系统参数未变化且扰动可测;②系统参数变化或扰动不可测.针对第1种情况,改进时主要采取加入"模拟模块"和"开关切换"的策略;针对第2种情况,改进策略是对系统加入稳定性鲁棒控制器.通过仿真实验验证,结果表明Z源网络和一相LCL滤波器的数学模型正确,在此基础上针对第1种情况采取的改进策略比改进前暂态性能得到提高,稳态性能与原系统一致;针对第2种情况采取的改进策略比改进前稳定性得到提高.%The photovoltaic grid inverter consisting of a symmetric Z source inverter and a three-phase symmetric LCL filter is taken as the study object of this paper,and a mathematical model of the Z source network and LCL one-phase filter is established.The model parameters and the change of input signal are regarded as system parameters and distur?bance,respectively.In light of the model's inherent defects and combined with previous results,the following two sys?tem improvement strategies are studied,i.e.,system parameters without change but with measurable disturbance(Case 1),and system parameters with change or unpredictable disturbance(Case 2).In Case 1,the addition of simulation module and switching are adopted as the improvement strategy.In Case 2,the addition of the stability of robust control?ler is adopted as the improvement strategy.Simulation experiments prove thatthe mathematical model of Z source net?work and one-phase LCL filter is correct,based on which the transient performance is promoted under the improvement strategy in Case 1,together with the steady-state performance that agrees with the original system;moreover,the stable performance under the improvement strategy in Case 2 is also enhanced.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)005【总页数】13页(P98-110)【关键词】Z源网络;LCL 滤波器;数学模型;模拟模块;稳定性鲁棒控制器【作者】姚乐乐;刘晓悦【作者单位】天津大学电气自动化与信息工程学院,天津 300072;华北理工大学电气工程学院,唐山 063009【正文语种】中文【中图分类】TM464面对传统能源的日益枯竭和环境问题的日益加重，在电力行业中，采用新能源发电已经成为了一个新的方向。
并网光伏发电系统的建模与控制研究
并网光伏发电系统的建模与控制研究随着能源危机的加剧和环境问题的日益严重，可再生能源逐渐成为全球能源发展的主要方向之一。
光伏发电作为一种清洁、可再生的能源发电方式，具有很大的潜力。
并网光伏发电系统是将光伏发电系统与电网相连接，实现双向能量传输与交互的一种方式。
然而，为了确保并网光伏发电系统的稳定运行和高效性能，建模与控制研究是非常重要的。
首先，建模是研究并网光伏发电系统的基础。
通过对光伏组件、逆变器和电网等各个部分的建模，可以清楚地了解它们之间的相互关系和工作原理。
光伏组件的建模主要包括对它的光电特性、输出特性和温度特性等进行建模。
逆变器的建模主要是对其的电压、电流和功率进行建模。
电网的建模主要是考虑功率负载和电压等级等因素。
通过建立准确的模型，可以进行系统性能分析、优化设计和控制算法的设计。
其次，控制是保障并网光伏发电系统稳定运行的关键。
控制算法需要能够实时监测光伏发电系统的状态，并根据监测结果进行调节和控制。
常见的控制策略包括最大功率点跟踪、电压调节和频率同步等。
最大功率点跟踪算法能够实时跟踪光伏组件的最大功率点，从而提高系统的效率和输出功率。
电压调节算法可以实时调整逆变器的输出电压，使其与电网保持稳定的电压匹配。
频率同步算法可以保证逆变器输出的频率与电网的频率一致，确保能量无缝地注入或者抽取。
另外，控制策略还需要考虑到系统的稳定性和可靠性。
针对系统存在的潜在问题，比如电压波动、电网故障等，需要设计相应的保护机制和调节措施。
例如，当电网出现故障时，需要能够及时切断光伏发电系统与电网的连接，避免对电网的影响。
此外，还需要考虑光伏发电系统的响应速度和动态性能，以便能够适应电网的变化和应对可能的异常情况。
最后，为了验证并网光伏发电系统的建模与控制研究成果，需要进行仿真和实验验证。
通过建立适当的测试环境和测试设备，可以模拟不同工况下的运行情况，验证建模和控制策略的有效性和可行性。
仿真和实验结果可以为进一步优化系统性能和改进控制策略提供参考。
并网光伏电站设计—逆变器
b、光伏阵列中某一个组件被阴影遮挡时，该组件不仅不能 输出功率，还会成为系统的负载，引起该组件的发热。
2、组串型逆变器
（1）特点：每个光伏组串通一个逆变器， 在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流 端并联并网。对光伏组件串的利用率高一 些。
c、电压保护水平（Vp）：
汇流箱参数：额定直流电 电压保护水平Vp/kV
压Vn/V
Vn≤60
<1.1
60<Vn≤250
<1.5
250<Vn≤400
<2.5
400<Vn≤690
<3.0
690<Vn≤1000
<4.0
5、其他功能
（1）通信功能，实现远程通信； （2）显示功能，具有显示光伏组串电流； （3）外壳防护等级，IP65，满足室外安装。
2、选择逆变器类型
（1）大型电站（100kW以上的）一般选择 集中型逆变器；
（2）家庭电站或某些单位的小型电站一般 选用组串型逆变器；
（3）微型逆变器由于价格较高，目前国内 很少使用。
3、逆变器功率的选择
要与光伏方阵的设计容量相匹配，差距不 要太大。
六、汇流箱
汇流箱是将光伏组串连接，实现光伏组串 间并联的装置，并将必要的保护器件安装 在此装置内。
并网光伏电站设计—选型
光伏发电系统组成 主要包括太阳能电池组件、光伏支架、
汇流箱、逆变器、升压变压器、二次监控系 统等。
光伏并网逆变系统的设计
一、光伏并网逆变器的类型 二、光伏并网逆变器的功能 三、光伏并网逆变器电路结构框图 四、阳光电源公司SG500MX的交流参数 五、逆变器选型 六、ห้องสมุดไป่ตู้流箱
大功率光伏并网发电系统RTDS的建模与仿真_黄鑫
２ 控制系统建模
图 １ 三相光伏并网逆变器拓扑结构 Ｆ ｉ ． １ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｏ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｈ ａ ｓ ｅ Ｐ Ｖ －ｐ ｇ ｐ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｒ ｉ ｄ － ｇ
光伏并网逆变器在三相静止坐标系下的数学描 述为 ：
１ ５］ ： 为［
通过 Ｒ Ｔ Ｄ Ｓ模 拟 实 际 电 力 系 统 搭 建 的 测 试 系 统电气结构图如图 ２ 所示 。 将容量约为 １ ０ ０ｋＷ 的 光伏组件经 升 压 电 路 并 联 至 １ ０ ０ｋＷ 光 伏 逆 变 器 ， ／ 与一台变比为 ０． ４ｋ Ｖ １ ０ｋ Ｖ 的变压器组 成 一 个 容 ， 量为 １ 的发电单元 该发电单元发出电能在 ０ ０ｋ ＶＡ ／ １ ０ｋ Ｖ 母线汇流后经变比为１ ０ｋ Ｖ ３ ５ｋ Ｖ 的升压变
６］ ， 不能满 足 实 时 、 连 续 产 生 输 出 的 需 求［ 使 速度慢 ， 实验结果难有说服力 。
实时数字仿真器 （ 是由加拿大开发的一 Ｒ Ｔ Ｄ Ｓ） 拥有先 种实时全数字电磁 暂 态 电 力 系 统 模 拟 装 置 ， 进的并行处理技术和精确的电力系统元件模型 。 局 部仿真步长可达到 ２μ 满足了基于可关断器 ｓ以内 ， ］ ７ ８ － 。相比 件电力电子 变 流 装 置 的 仿 真 精 度 及 速 度 ［ 一般的数字实验 ， 详细地模拟电力 Ｒ Ｔ Ｄ Ｓ 能够实时 、 系统及电力装置 运 行 ； 同 时， 相 对 于 成 本 大、 耗时长 ， ， 的物理实验 其建模方便 能模拟许多物理系统达不
ｃ ｏ ｓ ２ ｔ＋Ｐｓ ｓ ｉ ｎ ２ ｔ ｐ ＝ Ｐ０ ＋Ｐｃ ω ω ２ ２ ｃ ｏ ｓ ２ ｔ＋Ｑｓ ｓ ｉ ｎ ２ ｔ ω ω ｑ ＝ Ｑ０ ＋Ｑｃ ２ ２ ３ （＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｉ ｓ ｄ ｄ ＋ ｓ ｓ ｄ ｄ ＋ ｓ ｑ ｑ ＋ ｑ ｑ） ２ ３ （－ ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｉ ｓ ｄ ｄ ＋ ｓ ｓ ｄ ｄ ＋ ｓ ｑ ｑ ＋ ｑ ｑ） ２
光伏并网逆变器整体建模及仿真
性 能都 有 重要 的影 响【 用 纯 电阻替 代 显然 欠 妥 当 ； １ １ ，
律 ， 别 建 立状 态 方 程 进行 组 合 ； 献［］ 对 两 级 分 文 ５针 式 光伏 并 网系统 ．采用 开 关 函数 法 并结 合 Ｋ Ｌ与 Ｃ
Ｋ Ｌ定律 ， 过状 态 变 量 的微 分 方 程 ． 导 出矩 阵 Ｖ 通 推 形 式 的低频高 频数 学模 型 。以上两 种建 模方法 思路
到精确 控制 ， 要建立 合 理 、 需 精确 的数 学模 型 。现阶 段 文 献 中 针对 两 级 式 光 伏 并 网系 统 所 提 出 的设 计
方 案 ．通 常采 用 将 系统分 为 Ｄ ／ Ｃ和 Ｄ ／ Ｃ两 部 ＣＤ ＣＡ 分 ， 用纯 电阻 替代 Ｄ ／ Ｃ变换 器输 出负 载 的设 计 并 ＣＤ 思路 。由于 Ｐ ＷＭ逆 变器 的输入 阻抗 具有 强非线 性 、 时变 等特 征 ， 当它作 为 Ｄ ／ Ｃ的负载 ， 直流侧 静 、 ＣＤ 其 动 态行 为 对前 端 系统 的建模 、 真控 制 以及 动 静态 仿
化设计 ， 以及 研究 协调控 制算 法具 有重要 的意 义 。
针对 两级 式 光伏并 网系 统 的整 体建 模 ， 内外 国
文献 中近 年来 主 要采 用 受控 源 模 型法 ， 文献 『１ 由 ４将
光伏并网逆变器建模和仿真研究概要
东南大学硕士学位论文光伏并网逆变器建模和仿真研究姓名：唐金成申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：林明耀20080512摘要摘要随着Ｉ：业技术的迅猛发展，能源问题越米越受到人们的重视。
如何开发利用可再生资源以解决当前的能源危机成为一个热Ｉ’Ｊ话题。
人们普遍认为在目前可知的、并且已经得到比较广泛利用的可再生能源中，技术含量最高、最有发展前途的是太刖能。
太刖能利用的主流方向是光伏并网发电。
在光伏并网发电系统中，并网逆变器为核心。
因此，本文主要研究适用于光伏并网发电系统的逆变器。
论文首先描述了光伏电池的工作特性，研究了常见光伏阵列模型。
在此基础上，在ＭＡＴＬＡＢ仿真环境Ｆ，开发了光伏阵列通片ｊ仿真模型，分析了光伏阵列最人功率点的跟踪控制方法，最终采用干扰观测法实现了光伏阵列的最大功率点跟踪。
论文详细分析了Ｄｃ／Ｄｃ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路的工作原理和ｒ作特性。
光伏并网发电系统中主电路参数的选择对于系统能否正常工作、系统输出电流波形质量的好坏有着重要的作用。
使＿｝｝ｊ舭ＴＬＡＢ中的ＰＯＷＥＲＳＹＳＴＥＭＢＬＯＣＫＳＥＴＳ工具软件建立了ＤＣ／ＤＣ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路的动态模型．并进行了在开环和闭环谢种情况卜的仿真。
由ＤＣ／Ｄｃ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路两个部分通过ＤＣＩｉｎｋ连接组成光伏并网逆变器。
通过对ＤＣ／ＤＣ变换电路的占空比调制实现了光伏阵列输出电压的控制，使光伏阵列运行在最大功率点。
通过对ＤＣ／ＡＣ逆变电路的舣环控制，以取得与电网电压同步的正弦电流输出和直流母线侧电压的稳定，其中电流内环采用滞环电流跟踪控制，电压外环采用ＰＩ控制。
最后，实验说明了仿真结果的止确性。
论文在给出孤岛效应危害的基础上，分析了目前常用的被动式、主动式孤岛检测方法，并采用并网电流幅值扰动法实现反孤岛效应。
【关键词】：建模，仿真，光伏并网，是大功率点跟踪，电流滞环控制，反孤岛效应ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｅｏｐｌｅｐａｙｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｎｅｒｇｙ．Ｉｔｂｅｃｏｍｅｓａｈｏｔｔｏｐｉｃｔｈａｔｈｏｗｔｏｅｘｐｌｏｉｔａｎｄｕｓｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｒｅｓｏｕｒｃｅｔｏｒｅｓｏｌｖｅｅｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓｒｅｃｅｎｔｌｙ．Ｏｎｇｅｎｅｒａｌｖｉｅｗ，ａｍｏｎｇｔｈｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｗｈｉｃｈｐｅｏｐｌｅｈａｖｅｋｎｏｗｎａｎｄｕｓｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ，ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｈａｓｔｈｅｍｏｓｔｔｅｅｈｎｉｃａｌｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｗｏｕｌｄｄｅｖｅｌｏｐｂｅｓｔｉｎｆｕｔｕｒｅ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｈａｓｅｏｆｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｉｓｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ，Ｔｈｅｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｔｈｅｋｅｙｆｏｒｔｈｅＰＶｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒｔｈｅＰＶｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｅｔｈｅｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＶｃｅｌｌａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅＰＶａｒｒａｙｍｏｄｅｌｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙ，ａｖｅｒｓａｔｉｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅＩｆｏｒＰＶａｒｔａｙｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｎｄｅｒＭＡＴＬＡＢｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆＰＶａｒｒａｙｉｓｇｉｖｅｎ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ（Ｐ＆ｏ）ａｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅＭＰＰＴｏｆＰＶａｒｒａｙｆｉｎａｌｌｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＤＣ／ＡＣｉｎｖｅｒｔｅｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．ＴｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｉｎｔｈｅＰＶｇｒｉｄ．ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍｗｉｌｌｃｏｎｃｅｍｄｉｒｅｃｔｌｙｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｏｐｅｒａｔｅｐｒｏｐｅｒｌｙ，ａｎｄｗｉｌｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｑｕａｉｌｔｙｏｆｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔ．ＴｗｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＤＣ／ＡＣｉｎｖｅｒｔｅｒａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｓｉｎｇＰＯＷＥＲＳＹＳＴＥＭＢＬＯＣＫＳＥＴＳｔｏｏｌｏｆｔｈｅＭＡＴＬＡＢ．Ｓｏｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｏｐｅｎｌｏｏｐａｎｄｃｌｏｓｅｌｏｏｐｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｇｉｖｅｎｉｎｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅＰＶｇｄｄ．ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｊｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄａＤＣ／ＡＣｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｔｈｅｔｗｏｐａｒｔｓａｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｂｙａＤＣｌｉｎｋ．ＢｙｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｄｕｔｙｃｙｃｌｅｏｆＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅＰＶａｒｒａｙｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ｓｏＰＶａｒｒａｙｃａｌｆ］ｏｐｅｒａｔｅｏｎｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ．ＤＣ／ＡＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｄｏｐｔｓｄｏｕｂｌｅｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ，ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｗａｖｅｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｉｓｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄｗｉｔｈｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅａｎｄＤＣｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｃａｎｌｅｖｅｌｏｆｆ．Ｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｖｏｌｔａｇｅｌｏｏｐａｄｏｐｔｓｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ—ｂａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｎｄＰＩｃｏｎ订ｏｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｅｉｓｌａｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｈｏｕｌｄｂｅｐｒｅｖｅｎｔｅｄｉｎＰＶｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅａｃｔｉｖｅａｎｄｐａｓｓｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｉｎｖｅｓ．＿ｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓＫｅｙｗｏｒｄ：ＭｏｄｕｌｉｎｇｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＰＶｇａｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，Ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌ，Ａｎｔｉ－ｉｓｌａｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｌＩ东南大学学位论文独创性声明本人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。
基于有限状态机的光伏系统中逆变器建模方法
基于有限状态机的光伏系统中逆变器建模方法俞晓鹏;陈众;邱强杰;尹子中;荆群伟【摘要】光伏发电系统的仿真依赖于合适的光伏矩阵模型、逆变器模型和工作条件。
针对现有光伏发电逆变器模型在通用性和自动控制能力方面的不足，建立了一种基于有限状态机（FSM）的逆变器模型。
分析了并网逆变器的运行过程及规律，归纳出其可能发生的状态、事件及转换关系，构建出一个FSM，它是逆变器模型的核心。
为了实现光伏发电系统的仿真，引入了一个电池模型，使其与逆变器模型进行交互。
仿真结果表明，该建模方法有效地提高了系统的自动控制能力。
通过修改逆变器模型的参数值，可以使其适用于特定的产品，具有通用性。
【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】光伏发电;逆变器;有限状态机【作者】俞晓鹏;陈众;邱强杰;尹子中;荆群伟【作者单位】长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410114;长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410114;长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410114;长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410114;长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410114【正文语种】中文【中图分类】TM615近年来，由于环境污染和能源危机，可再生能源的发展呼声越来越高。
而在可再生能源中，太阳能资源丰富，分布广泛，无污染，是国际公认最理想的能源。
光伏发电是根据光电效应原理，通过太阳能电池把光能直接转化为电能。
目前，光伏发电技术已经成熟，有望在20年之内成为重要的电力能源［1～3］。
逆变器是光伏发电系统重要的组成部分，由电子元器件构成，不涉及机械旋转部件，是能量转换与控制的核心，它的功能包括光伏电池最大功率跟踪的实现、将光伏组件发出的直流电逆变成适合并网需求的交流电、孤岛探测、自我诊断等，所有的这些功能是为了输出稳定、干净的正弦波电压和电流［9］。
太阳能光伏并网逆变仿真毕业论文详解
太阳能光伏并网逆变仿真太阳能光伏并网逆变器的研究物理与能源学院新能源科学与工程专业5 萧海铃指导教师：陈曦摘要:随着社会不断发展，开发可再生能源越发重要，太阳能具有资源丰富、可再生且清洁等优点，是非常理想的可替代能源。
本文选择三相光伏电压型并网发电系统，采用SPWM的输出控制方式，提高太阳能利用效率，电流谐波小，满足光伏并网发电要求；并利用Matlab的Simulink工具箱建立了太阳能光伏并网逆变仿真，验证了在太阳能电池输出电压出现阶跃激增或突降时，电流谐波小，系统保持良好的鲁棒性。
关键词:三相电压型并网逆变器光伏 SPWM1引言1．1 研究背景能源危机是能源短缺或价格上涨的结果，甚至导致经济衰退，如石油价格一路上升。
目前能源匮乏、环境污染的现状使得无污染的、可再生的能源的发展变得举足轻重。
太阳能，作为地球上最丰富的可再生能源，在过去的11亿年里，只消耗2%的能量，可以预测的是一种取不尽，用不完的能源。
且随处可得，就地取用，因此对边远地区的发展很有优势，也不需要考虑运输问题，所需成本低。
最重要的是，太阳能是一种无污染的、清洁的、安全的能源，不会像石油、核能产生废气、辐射，从而对环境造成损害，符合可持续发展的要求。
图1 利用太阳能发电的优点太阳能技术可以分为光热技术、光生物技术、光化学技术、光伏技术四类。
本次实验研究的就是太阳能发电技术，其优点如图1所示。
随着科技不断发展，光伏发电技术也取得了很大的突破，有广阔的发展前景和意义。
1．2国内外光伏发电系统的发展现状根据欧洲光伏工业协会和太阳能光伏网的数据，欧洲占有其主要市场。
2012年新增光伏装机的55%来自欧洲，约7.6 GW；其次是中国（5.0 GW）、意大利（3.4 GW）、美国（3.3 GW）和日本（2 GW）。
对于累计装机，欧洲仍然全球领先，中国则紧跟其后，排名第二位。
我国目前光伏发电的相关产业发展表现强劲，2013-2015年是发展迅猛的时期。
基于Simulink的单相光伏并网逆变器仿真研究
毛 洪 生 （ 1984—） ， 男，硕士研究生，研 究方向为电力电子 新能源发电技术。
Simulation and Research of Single-phase Grid-connected Photovoltaic Inverter Based on Simulink
为分布式电力系统，安全、可靠； ⑤ 光伏建筑集 成，大大节省了发电基地使用的面积和费用，很适 合在大城市推广［1］。
本文通过 Matlab / Simulink，对包括光伏电池 等的单相光伏并网发电系统最大功率点跟踪 （ Maximum Power Point Tracking，MPPT） 、并 网 电 流控制、孤岛保护等关键技术进行建模仿真。其 中，MPPT 控制采用改进变步长扰动观察法，且放 在后级逆变桥实现；并网电流采用无差拍控制；孤
毛行奎（1978—） ，男，副教授，博士，研究方向为电力电子高频磁技术、电力电子变换技术。 裴昌盛（1985—） ，男，硕士研究生，研究方向为电力电子高频磁技术。
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·分布式电源·
低压电器（2011No. 6）
岛保 护 采 用 有 源 频 率 漂 移 法 （ Active Frequency Drift，AFD） 。建 模 仿 真 的 并 网 光 伏 逆 变 器 的 输 入 光伏电压为 150 ～ 500 V，输出为 1. 5 kW /230 V。
图 4 单相并网逆变器无差拍控制 Simulink 仿真模型
5 有源频率漂移法
光伏发电并网多属于分布式发电系统，特别 对于户用型或者与建筑集成的光伏发电。对于分 布式的光伏并网发电，当电力公司供电因故障事 故或停电维修而中断时，如果分布式光伏发电系 统未能及时检测出停电状态而将自身切离电网， 光伏并网发电系统将与周围的负载形成一个电力 公司无法控制的自给供电孤岛［5］，即所谓的孤岛 效应。孤岛效应不仅会影响电网系统的稳定性， 而且可能造成维护人员人身伤亡等严重后果。对 此，光伏并网发电系统须采取孤岛检测和保护技 术。孤岛保护有主动式和被动式两种检测方法， 本文采用主动式检测方法，即有源频率漂移法［6］ （ Active Frequency Drift，AFD） 。AFD 算法的思想 是，通过控制逆变器输出电流的频率，使其与电网
光伏发电系统中光伏并网逆变器的建模步骤
首先感谢大家这么捧我的场，给了我这么多给大家帮忙的机会，也给我提供了一个展现自己的舞台。
通过这一段与大家的接触，我发现找我做项目的兄弟姐妹们都是关于光伏并网逆变器的，因此我在此给大家分享一下我在这方面的经验，如有写得不对的地方还请大家批评指正。
1.首先需要了解光伏并网逆变器是一个电流源，而非电压源，因为它的输出电压是不受自己控制的（已被电网电压钳住），而它的电流是可以自己调节的，电流由直流输入所决定，即PV组件输入的功率越大，并网逆变器的输出电流越大，所以光伏并网逆变器的第一步就是：建立一个有效的PV组件模型，这种模型在各大论坛中都有，大家可以去好好找找。
2.然后要考虑单相还是三相，以及双级式还是单级式，双极式就是带Boost的，单级式就是不带Boost的，带不带Boost可是完全不一样的MPPT控制方法，这个以后再提及。
3.第三步就是滤波回路。
如果是简单的L滤波器或者LC滤波器，一般的控制方法都能搞定，比如双闭环控制算法，但是如果是LCL滤波器，就需要用到更加复杂一些的算法了，尤其是三相并网逆变器，需要用到3环甚至4环这样的控制方法，当然这些控制算法虽然听着吓人，但是只要搞懂了其中的诀窍，也就那么回事，所谓难者不会，会者不难。
4.建立了良好的PV组件，确定了单相或者三相主电路，又确定了滤波回路以及控制方法，剩下的就是调试经验。
在众多的控制算法中，不管是什么蚁群算法，模糊控制还是神经网络，这些其实都是在理论上研究研究就行了，真正能运用在工程实践上且有效的控制手段其实还是基于PI调节器或者PR调节器的电压电流双闭环控制算法，而最让人头疼的就是PI调节器或者PR调节器的参数整定，在这一点上，我也无能为力，我只能用一个字解释：凑。
不停的凑，花无数精力去凑，如果有哪位兄弟有捷径的话请一定告诉我，我一定不胜感激。
太阳能光伏并网发电系统的建模与控制
太阳能光伏并网发电系统的建模与控制太阳能光伏发电是一种利用太阳能将光能转化为电能的技术。
近年来，随着环保意识的不断增强和新能源政策的推动，太阳能光伏发电逐渐成为了人们关注的焦点。
光伏并网发电系统则是将太阳能光伏发电系统所产生的电能与电网相连接，形成一种双向流动的电网系统，可以实现太阳能光伏发电的最大化利用和最优化控制。
本文将从太阳能光伏并网发电系统的建模和控制两个方面，对该系统进行深入探讨。
一、太阳能光伏并网发电系统的建模太阳能光伏并网发电系统是由太阳能光伏发电系统和电网组成的双向电路，其建模分为两部分：太阳能光伏发电系统的建模和电网的建模。
1、太阳能光伏发电系统的建模太阳能光伏发电系统是由光伏电池板、电池、逆变器和控制系统四部分组成。
其中，光伏电池板将光能转化为直流电能，电池将直流电池转化为交流电能，逆变器将交流电能与电网连接，控制系统则实现对系统的监控和控制。
光伏电池板的输出电流和电压可以由下式表示：I=Iph-I0(exp( q(V+IRs)/(nkT))-1)（1）V=Voc-RsI-Vm（2）其中，Iph是光电流，I0是反向饱和电流，q是电子电荷，k是热力学常数，T是温度，Rs和Rsh是串联和并联电阻，Vm和Voc是最大功率点和开路电压。
电池的模型可以表示为：P = IU cosϕ（3）其中，P表示功率，U表示电压，I表示电流，ϕ表示功率因数。
逆变器的模型可以表示为：Vout = sin(ωt + ϕ)×Vin（4）其中，Vout表示逆变器输出电压，Vin表示逆变器输入电压，ωt表示角频率，ϕ表示相位角。
2、电网的建模电网可以视为恒压恒频的电源，其模型可以表示为：Vgrid = Vwind+ Vdrop+ jIlineZline （5）其中，Vgrid表示电网电压，Vwind表示风险压降，Vdrop表示线路电压降，Iline表示线路电流，Zline表示线路阻抗。
二、太阳能光伏并网发电系统的控制太阳能光伏并网发电系统的控制关键在于进行最大功率追踪和电网电压稳定控制。
基于Saber平台的光伏并网微逆变器建模及仿真分析
摘 要 ：设计 了一种单级式微逆变器控制 系统，针对传 统 Ｐ Ｉ 控制不能实现 无静差控制 的缺 点，提 出
了一种 可实现并网电流无静差的准 Ｐ Ｒ 并 网控制策略 ， 基于Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ 平 台建立 了光伏 并网微逆变器仿真系统 。
２ Ｙ ｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｂｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｈｕ ｎ ａ ｎ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｙ ｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ２ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ． Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ＰＩ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｕ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ
ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｎ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ ａ ｎ ｄ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ａ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ａｉ ｔ ｃ ｒｉ ｇ ｄ — ｃ ｏ ｎｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｉ ｎ ｖ ｅ ｔｅ ｒ ｒ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓａ ｂ ｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ． Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ
仿 真结果表 明 ，采用准 Ｐ Ｒ 控 制 的微 逆变器具 有很好 的输 出电压和 电流特性 ，总谐波畸变率 均低于公共
两级式光伏并网系统建模及关键环节的设计
两级式光伏并网系统建模及关键环节的设计孙亮;袁文强;吴长鹏【摘要】Set up two-stage photovoltaic grid-connected system model,the control strategy and the key technol-ogy of photovoltaic grid-connected has been studied. Firstly, the front stage adopt DC / DC boost, and with MPPT ( Maximum Power Point Tracking) system to improve the efficiencyof the PV system. The traditional MPPT algorithm has beenimproved,adopted a voltage disturbance observation algorithm which combining with genetic algorithm,even the weather changes greatly,the algorithm is able to accurately track and control the maximum power point. The next stage links adopt single-phase bridge inverter inverts,using the phase-locked loop ( PLL) to achieve the grid current and grid voltage have same phase,because of the grid voltage will in-terfere the grid current,the feedforward compensation of grid voltage has been put forward. Finally,the model using MATLAB simulink simulation software to verify,the method is feasible has been proved.%搭建了两级式光伏并网系统模型，研究其控制策略，分析光伏并网的关键技术环节。
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CF Boost-type Inverter
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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Figure 2: Grid-connected three-phase current-fed inverter.
2.1 Dynamic model for a current-fed three-phase inverter
Dynamic model describes the internal dynamics of a converter. Therefore, the model contains only power stage and necessary control circuit components. In order to exclude load and supply interactions, converters are modelled using ideal source and load systems. For a CF inverter these are input current source and three-phase voltage type load as previously discussed. Any additional components, such as input or output filters, should be considered as external or internal subsystems depending on their application.
The input source whether voltage or current type determines the dynamics of a converter. A common practice in the VSIbased inverter analysis is the assumption of a constant voltage type input source even in case of renewable energy sources. An input-voltage-controlled converter, as usually in PV applications, is always a current-fed topology. This paper reveals that in order to analyse the dynamic properties of three-phase inverters with scientific accuracy, the true nature of the input source is of utmost importance to be taken into account.
joonas.puukko@tut.fi, tuomas.messo@tut.fi, teuvo.suntio@tut.fi
Keywords: Photovoltaic, grid parallel operation, inverter, VSI, dynamic modelling.
Abstract
Most three-phase converters used in interfacing renewable energy sources (RES) (such as photovoltaics (PV), wind and fuel cells) to the grid originate from topologies that are supplied by stiff voltage type input sources, i.e. voltage source inverters (VSI) [11]. Little attention has been paid to the fact that in reality there are both voltage and current sourced (i.e. voltage (VF) and current-fed (CF) converters) and that the outermost control loop, whether input current or voltage, determines the dynamics of the converter [13,14]. An input-voltage-controlled converter, as often used in PV applications, has to be fed by a current source and an input current controlled converter by a voltage source. Even though the power stages of the two converters resemble each other, their static and dynamic properties are completely different as will be shown in this paper.
of a converter. Figs. 1 and 2 depict grid-connected threephase VF and CF inverters that have completely different dynamic properties although their power stages resemble each other. A common practice in the literature is to name them both as VSIs. Both converters require the input voltage to be greater in magnitude than twice the peak value of the output phase voltages and the input current to be smaller in magnitude than the output currents. Converters should be named according to the relation between the source side input variable (uin for Fig. 1 and iin for Fig. 2) and the corresponding variable at the load side. Hence the converter in Fig. 1 is a VF buck-type inverter and the converter in Fig. 2 is a CF boost-type inverter.
2 Dynamic modelling of three-phase inverters
Dynamic modelling of three-phase converters has been previously reported in numerous articles such as [13,5,8,10,15]. However, it has not been completely recognized that the input source determines the true nature and dynamics
Constructing a dynamic small-signal model for a three-phase
inverter begins by computing the average valued equations
for the output variables y(t) and the time derivatives of the
When a converter is supplied by a RES, such as a PV generator, one is usually interested in controlling the dc-link
voltage for maximum power point tracking (MPPT) purposes [7,16]. This determines the system as a CF type having dynamic properties as will be presented in the following.
Input filter
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VF Buck-type Inverter
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Figure 1: Grid-connected three-phase voltage-fed inverter.
1 Introduction
Political actions toward energy saving and green power production will increase the number of power electronic (PE) devices connected to the grid [4,9]. High penetration level of PE converters may make the grid prone to stability issues [6] if the dynamic behaviour of the converters is not known.