单相双极式并网光伏逆变器

逆变器
电流检 测
Uo 滤波器
逆变器并网设计（控制结构图）
1--正弦电压给定 3--PI电流调节器 5--SPWM比较器
2--PI电压调节器 4--三角波载波信号 6--驱动电路
并网逆变器中同步锁相环的研究
在光伏并网发电系统中，为了保证并网电流和电压严格同频、同 相（只有在功率调节器中出于无功功率补偿的需要，才可控的实 现一定的相位差）。
锁相环（PLL，Phase-Locked Loop）的作用： 调节逆变器输出的频率和相位，使其和输入逐渐进入同步锁定状态。
锁相环路的工作原理
相位比较器将输入的信息与反馈的信号作比较获取相位差信息；环路 滤波器滤除相位比较器输入中的高频成分同时调整环路参数，对整个 锁相环的性能起着至关重要的作用，环路滤波器的输入信号用于控制 压控振荡器的输入频率与相位；压控振荡器根据反馈回来的相位差信 息调节输出信号的频率与相位，逐步实现与输入信号同频同相。
从上图中可以看出并网逆变器的输出电压和电网 电压之间有一个位移量α ，于是可以通过开关管 的PWM控制，使逆变器的输出满足上述矢量关系，
实现输出电流与电网电压同频同相。
本文确定了采用无变压器的拓扑结构，即前端 Boost电路和后端全桥逆变电路。
第三章 光伏并网逆变器控制策略研究
实现并网工作时应同时满足以下三个条件：
-
(b)电流型逆变器
第二章 并网逆变器总体结构设计
逆变器的拓扑结构
Ipv VDPV
UPV C1
单相桥式逆变电路
a
V1 Ua
b
VD1 V3
Ub
VD3 C2
工频变压器
VD2
VD4
V2
V4
L
AC ~
（1）带工频变压器的单级式逆变器
第二章 并网逆变器总体结构设计
逆变器的拓扑结构
V1
V3
PV
AC
V2
V4
V3
L0
U0 I grid
_
V2
V4
单相桥式逆变器的拓扑结构
~ U grid
单相桥式PWM逆变器向量分析，Ugrid 为电网电压 ，Uo 为逆变器输出电压，Igrid 是逆变器输出到
电网的电流。
•
•
Uo
jwL I grid
•
I grid
•
U grid
••
•
U0 U grid jwL I grid
故：大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式
并网逆变器控制模式分析 输出模式 （2）电压型控制
如果光伏并网逆变器的输出采用电压控制，则实
际上就是一个电压源与电压源并联运行的系统，
这种情况下要保证系统稳定运行，就必须采用锁
相控制技术使逆变器输出电压与电网电压相位完
全一致，并且要保证两者输出频率的一致性。
2.2系统工作原理 前级Boost电路
L
D
E
Q
C
R
当开关管Q导通时，二极管反偏，则将输 出级隔离，由输入端向电感器供应能量。
当开关管Q断开时，则输出级吸收来自电 感器和输入端的能量。
注：一般控制导通占空比在 D<0.88 之内，以保证系统的稳定性。
后级单相全桥逆变器的工作原理
+
V1
U dc
C
+
-15V 10K D2
D1 DSP C2 51pF
GND
隔离、驱动电路（采用光电耦合驱动器HCPLJ312）
并网软件设计
开始 初始化DSP系统
初始化显示
关闭逆变器 显示故障
系统是否 故障
扫描键盘
启动键按下
并网运行
停机键按下 关闭逆变器
显示新数据
键盘函数处理
定时器中断子程序
开始 中断保护
电路，以致缺失一部分重要的研究素材，将来有机会 一定要探讨这个问题。
（2）本系统没有对孤岛效应这部分内容进行研究和探 索，为了实际应用，需要研究检测和防止孤岛效应的 控帽策略，以保证整个系统运行时的安全性和可靠性 。
Thank You
End
Y
调相改变P的值
不调相
开中断 返回
结论
(1) 采用电流电压闭环控制，该控制用于保证稳态参考跟 踪特性，对网侧电流值进行比例积分PI控制，方法简单， 效果理想，易于实现和推广。提高并网电流波形的质量， 降低系统工作噪声和减小谐波的输出。
(2)选取电容输出电流值为被控对象，反馈效果好，响应速 度快，而且易于实现对逆变器开关管直接快速有效的过流 保护。
第一章 绪论
单级式并网发电系统
PV阵列
并网 逆变器
MPPT控制
电网
第一章 绪论
两级式并网发电系统
PV阵列
DC DC
并网 逆变器
电网
MPPT控制
逆变器 控制
第二章 并网逆变器总体结构设计
2.1并网逆变器分类
+
V1
V3
Ud
C
u0
V2
V4
-
(a) 电压型逆变器
L
+
Id
V1
V3
C
Ud
RL
V2
V4
①并网逆变器的输出电压和市电电压接近相等，一般压差应 在10%以内
②并网逆变器输出频率接近市电频率，一般频差不超过 0.4Hz
③并网逆变器输出电压和市电电压同相，通常此相位差不宜 超过10度。
光伏并网逆变器的整体结构框图
太阳能电 池
DC/AC
Filter
电网
负载
驱动电路
电流测量
故障保 护
PWM1～4
结论
(3)本文对传统的L 滤波器加以改进，用LC滤波器， 减少并网电流的直流分量，THD 控制在很理想的范 围内，有效抑制谐波污染，提高并网电流质量。
(4)采用双闭环控制可以实现逆变器并网电流的单位 功率因数控制，电流跟踪速度快，功率因数达到接 近1，实现了单位功率因数并网。
展望
缺点： (1）本设计没有探讨使用太阳能电池实际电路及MPPT
缺点：在设计滞环宽度采用固定的数值，这样做 的结果将会导致一个PWM开关周期中，开关管频 率不固定，滤波器设计起来比较困难，很难获得 良好的滤波效果。
三角波比较控制
iref
i A
i
PWM信号
比较器
三角波
优点：该方法下开关管的开关频率一定，输出电流的频 谱固定， 滤波器容易设计
缺点：该控制方法无法实现对正弦信号的无静 差跟踪，同时积分的引入则会产生电流相移， 影响逆变器输出电能质量
TMS320LF2407
PDPINT
ADC1 CAP4 CAP6
电压捕捉
源自文库
并网逆变器控制模式分析 输入方式 （1）电压源型逆变器是采用电容作为储能元件，在直流输
入侧并联大电容用作无功功率缓冲环节，构成逆变器低 阻抗的电源内阻特性，即电压源特性。
（2）电流源为输入方式的逆变器，其直流侧需串联一个大 电感作为无功元件，储存无功功率，构成逆变器高阻抗 的电流源特性，提供稳定的直流电流输入，但是串入大 电感往往会导致系统动态响应差。
故障检测
PDINTA
CAP2
DSP外围电路设计
5V到3.3V的电平转换电路
A/D采样电路的电压基准
基于74LVX4245的电平转换电路
（一片用于输入信号，1片用于输出信号）
电压采样电路
电流采样电路
15K
_
100K
220pF
10K
+3.3V
+15V
10
10K K
-15V
+3.3V +15V
（2）输出模式：电流控制 如果逆变器的输出采用电流控制，则只需控制
逆变器的输出电流跟踪电网电压，控制逆变输出 电流与电网电压同频同相，即可达到电流源与电 压源并联运行的目的。
本课题选择电流型控制并网，如下图：
电流滞环控制
iref
i
i
滞环比较器
PWM信号
优点：该控制方法简单可行，搭建模拟电路就能够实现。当 开关管采用较高开关频率时，有很快的响应速度，并且受负 载及电路参数的影响小。
A/D采样 预测算法 有效值计算
N 是否下一个周期 Y PI控制
正弦波发生器 修改当前CMPR1
中断恢复 结束
PLL软件设计
捕获中断程序
判断捕获中断3 还是中断6？ Y
捕获中断6程序
N 捕获中断4程序
清中断标志
清中断标志
固定输出50Hz
N 48—52Hz?
Y 调频改变T1PR
N
判断CAP4FIFO与CAP6FIFO 中的值相差是否大于1？
（控制系统方框图）
三角 载波
Uref
Iref
+
×
PI调节 + 器
PI调节器
比较器
-
-
RMS P LL
α
β
逆变器
电流检 测
Uo 滤波器
电压电流双环反馈控制
三角 载波
Uref
Iref
+
+
PI调节器
PI调节器
比较器
-
α
β
本文采用电压电流双环控制方式： 具有控制简单，控制效果较好，谐波 频率固定，能减小并网环流等特点。
（2）高频变压器绝缘的多级式逆变器
第二章 并网逆变器总体结构设计
逆变器的拓扑结构
Ipv
BOOST电路
L1
VDB
C1 Upv
V0
C2
单相桥式逆变电路
a V1
Ua
b
VD1 V3 Ub
VD3 L0
V2
VD2 V4
VD4
MPPT
（3）无变压器绝缘的两级逆变器
~
220V 50Hz
第二章 并网逆变器总体结构设计
误差电压
环路 滤波器（LF）
输入信号
Y0
(f2)
相位比较器 （PD）
压控振荡器 （VCO)
UO
输出信 号
第四章 并网控制系统硬软件设计
并网系统的整体硬件结构框图
直流供电
逆变器桥路
滤波器
电网
直流侧电流检 测 、保护
隔离驱动
电流检测
电流检测
PWM1,2,3,4
A/D
PLL TMS320LF2407DSP
论文题目:单相双级式光伏并网逆变器设计 指导老师 周敬军&张厚升
班级：自动化1003班 学生：张晓东 学号：1011042110
LOGO
第一章 绪论
现今各种化石能源逐年减少，人类必须找 寻新的替代能源。太阳能作为一种可再生 清洁能源，得到了人们的青睐。
太阳能光伏并网发电已成为新能源开发利 用领域的一个重要方向。