單相雙極式并網(wǎng)光伏逆變器

1、LOGO指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師 周敬軍周敬軍& &張厚升張厚升論論文文題題目目:單單相相雙級雙級式光伏式光伏并網(wǎng)并網(wǎng)逆逆變變器器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)n班級：自動化班級：自動化10031003班班n學(xué)生：張曉東學(xué)生：張曉東n學(xué)號：學(xué)號：10110421101104211010第一章第一章 緒論緒論u現(xiàn)今各種化石能源逐年減少，人類必須找現(xiàn)今各種化石能源逐年減少，人類必須找尋新的替代能源。太陽能作為一種可再生尋新的替代能源。太陽能作為一種可再生清潔能源清潔能源，得到了人們的青睞。得到了人們的青睞。u太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電已成為新能源開發(fā)利太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電已成為新能源開發(fā)利用領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。用領(lǐng)域的一

2、個(gè)重要方向。第一章第一章 緒論緒論 u單級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)單級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)第一章第一章 緒論緒論 u兩級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)兩級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)并網(wǎng)逆變器逆變器DCDCDCDC電網(wǎng)電網(wǎng)MPPTMPPT控制控制逆變器逆變器控制控制PVPV陣列陣列 第二章第二章 并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) u2.12.1并網(wǎng)逆變器分類并網(wǎng)逆變器分類0udUV1V2V3V4C+ +- -(a) 電壓型逆變器 dUV1V2C+ +- -(b)電流型逆變器LV3V4RLdI 第二章第二章 并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) u逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)IpvaV1V2V4UabUbV3單相

3、橋式逆變電路UPVC C1 1C C2 2ACVDPVVD1VD2VD3VD4工頻變壓器L L （1 1）帶工頻變壓器的單級式逆變器帶工頻變壓器的單級式逆變器第二章第二章 并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) u逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)V1V2PVV4V3ACAC （2）高高頻變壓頻變壓器器絕緣絕緣的多的多級級式逆式逆變變器器第二章第二章 并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) u逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MPPT220V 50HzIpvC C2 2aV1V2V4UabUbV3UpvUpvBOOST電路單相橋式逆變電路C C1 1VDB BVD1VD2VD3VD4L

4、 L0 0L L1 1V V0 0 （3）無無變壓變壓器器絕緣絕緣的的兩級兩級逆逆變變器器第二章第二章 并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) u2.22.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理u前級前級BoostBoost電路電路ELQDCR u當(dāng)開關(guān)管當(dāng)開關(guān)管Q Q導(dǎo)通時(shí)，二極管反偏導(dǎo)通時(shí)，二極管反偏，則將輸，則將輸出級隔離，由輸入端向電感器供應(yīng)能量。出級隔離，由輸入端向電感器供應(yīng)能量。u當(dāng)開關(guān)管當(dāng)開關(guān)管Q Q斷開時(shí)，斷開時(shí)，則則輸出級吸收來自電輸出級吸收來自電感器和輸入端的能量感器和輸入端的能量。 注：注：一般控制一般控制導(dǎo)導(dǎo)通占空比在通占空比在 D0.88D0.88 之之內(nèi)內(nèi)，以保，以保證證

5、系系統(tǒng)統(tǒng)的的穩(wěn)穩(wěn)定性定性。u后級單相全橋逆變器的工作原理后級單相全橋逆變器的工作原理C CV1V2V4V3L L0 0dcU+ +_ _0UgridIgridU 單相橋式逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單相橋式逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)u單相橋式單相橋式PWMPWM逆變器向量分析，逆變器向量分析，U Ugridgrid 為電網(wǎng)電壓為電網(wǎng)電壓，U Uo o 為逆變器輸出電壓，為逆變器輸出電壓，I Igridgrid 是逆變器輸出到是逆變器輸出到電網(wǎng)的電流。電網(wǎng)的電流。gridjwLIoUgridIgridU u從從上上圖中可以看出并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和電網(wǎng)圖中可以看出并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓之間有一個(gè)位移量電壓之間

6、有一個(gè)位移量 ，于是可以通過開關(guān)管，于是可以通過開關(guān)管的的PWMPWM控制，使逆變器的輸出滿足上述矢量關(guān)系，控制，使逆變器的輸出滿足上述矢量關(guān)系， 實(shí)現(xiàn)輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。實(shí)現(xiàn)輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。u本文本文確定了采用無變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即前端確定了采用無變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即前端BoostBoost電路和后端全橋逆變電路電路和后端全橋逆變電路。0gridgridUUjwLI第三章第三章 光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究u實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)工作時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件：實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)工作時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件： 并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和市電電壓接近相等，一般壓差應(yīng)并網(wǎng)逆變器的輸

7、出電壓和市電電壓接近相等，一般壓差應(yīng) 在在10%10%以內(nèi)以內(nèi) 并網(wǎng)逆變器輸出頻率接近市電頻率，一般頻差不超過并網(wǎng)逆變器輸出頻率接近市電頻率，一般頻差不超過0.4Hz0.4Hz 并網(wǎng)逆變器輸出電壓和市電電壓同相，通常此相位差不宜并網(wǎng)逆變器輸出電壓和市電電壓同相，通常此相位差不宜 超過超過1010度。度。u光伏并網(wǎng)逆變器的整體結(jié)構(gòu)框圖光伏并網(wǎng)逆變器的整體結(jié)構(gòu)框圖u并并網(wǎng)逆變器控制模式分析網(wǎng)逆變器控制模式分析u輸入方式輸入方式（1 1）電壓源型逆變器是采用電容作為儲能元件，在直流輸）電壓源型逆變器是采用電容作為儲能元件，在直流輸入側(cè)并聯(lián)大電容用作無功功率緩沖環(huán)節(jié)，構(gòu)成逆變器低入側(cè)并聯(lián)大電容用作無功

8、功率緩沖環(huán)節(jié)，構(gòu)成逆變器低阻抗的電源內(nèi)阻特性，即電壓源特性。阻抗的電源內(nèi)阻特性，即電壓源特性。（2 2）電流源為輸入方式的逆變器，其直流側(cè)需串聯(lián)一個(gè)大電流源為輸入方式的逆變器，其直流側(cè)需串聯(lián)一個(gè)大電感作為無功元件，儲存無功功率，構(gòu)成逆變器高阻抗電感作為無功元件，儲存無功功率，構(gòu)成逆變器高阻抗的電流源特性，提供穩(wěn)定的直流電流輸入，但是串入大的電流源特性，提供穩(wěn)定的直流電流輸入，但是串入大電感往往會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)差電感往往會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)差。故：故：大部分并網(wǎng)逆變器均采用以電壓源輸入為主的方式大部分并網(wǎng)逆變器均采用以電壓源輸入為主的方式u并并網(wǎng)逆變器控制模式分析網(wǎng)逆變器控制模式分析u輸出模式輸

9、出模式（2 2）電壓型控制電壓型控制 如果光伏并網(wǎng)逆變器的輸出采用電壓控制，如果光伏并網(wǎng)逆變器的輸出采用電壓控制，則實(shí)則實(shí)際上就是一個(gè)電壓源與電壓源并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)，際上就是一個(gè)電壓源與電壓源并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)，這種情況下要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，就必須采用鎖這種情況下要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，就必須采用鎖相控制技術(shù)使逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓相位完相控制技術(shù)使逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓相位完全一致，并且要保證兩者輸出頻率的一致性。全一致，并且要保證兩者輸出頻率的一致性。u（2 2）輸出模式：電流）輸出模式：電流控制控制 如果逆變器的輸出采用電流控制，則只需控制如果逆變器的輸出采用電流控制，則只需控制逆變器的輸出電

10、流跟蹤電網(wǎng)電壓，控制逆變輸出逆變器的輸出電流跟蹤電網(wǎng)電壓，控制逆變輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，即可達(dá)到電流源與電電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，即可達(dá)到電流源與電壓源并聯(lián)運(yùn)行的目的壓源并聯(lián)運(yùn)行的目的。本課題選擇電流型控制并網(wǎng)本課題選擇電流型控制并網(wǎng)，如下圖：，如下圖：u電流滯環(huán)控制電流滯環(huán)控制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：該控制方法簡單可行，搭建模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)該控制方法簡單可行，搭建模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)開關(guān)管采用較高開關(guān)頻率時(shí)，有很快的響應(yīng)速度，并且受負(fù)開關(guān)管采用較高開關(guān)頻率時(shí)，有很快的響應(yīng)速度，并且受負(fù)載及電路參數(shù)的影響小。載及電路參數(shù)的影響小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在設(shè)計(jì)滯環(huán)寬度采用固定的數(shù)值，這樣做在設(shè)計(jì)滯環(huán)寬度

11、采用固定的數(shù)值，這樣做的結(jié)果將會導(dǎo)致一個(gè)的結(jié)果將會導(dǎo)致一個(gè)PWMPWM開關(guān)周期中，開關(guān)管頻開關(guān)周期中，開關(guān)管頻率不固定，濾波器設(shè)計(jì)起來比較困難，很難獲得率不固定，濾波器設(shè)計(jì)起來比較困難，很難獲得良好的濾波效果。良好的濾波效果。u三角波比較控制三角波比較控制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：該方法下開關(guān)管的開關(guān)頻率一定，輸出電流的頻該方法下開關(guān)管的開關(guān)頻率一定，輸出電流的頻譜固定，譜固定， 濾波器容易設(shè)計(jì)濾波器容易設(shè)計(jì)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：該控制方法無法實(shí)現(xiàn)對正弦信號的無靜該控制方法無法實(shí)現(xiàn)對正弦信號的無靜差跟蹤，同時(shí)積分的引入則會產(chǎn)生電流相移，差跟蹤，同時(shí)積分的引入則會產(chǎn)生電流相移，影響逆變器輸出電能質(zhì)量影響逆變器輸出電能質(zhì)

12、量u （控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖）u 電壓電流雙環(huán)反饋控制電壓電流雙環(huán)反饋控制本文采用本文采用電壓電流雙環(huán)控制方式電壓電流雙環(huán)控制方式：具有控制簡單，控制效果較好，諧波具有控制簡單，控制效果較好，諧波頻率固定，能減小并網(wǎng)環(huán)流等特點(diǎn)頻率固定，能減小并網(wǎng)環(huán)流等特點(diǎn)。u逆變器并網(wǎng)設(shè)計(jì)逆變器并網(wǎng)設(shè)計(jì)（控制結(jié)構(gòu)圖）（控制結(jié)構(gòu)圖）1-1-正弦電壓給定正弦電壓給定 2-PI 2-PI電壓調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)器 3-PI3-PI電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器 4-4-三角波載波信號三角波載波信號 5-SPWM5-SPWM比較器比較器 6-6-驅(qū)動電路驅(qū)動電路u并網(wǎng)逆變器中同步鎖相環(huán)的研究并網(wǎng)逆變器中同步鎖相環(huán)的研究 在光

13、伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，為了保證并網(wǎng)電流和電壓嚴(yán)格在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，為了保證并網(wǎng)電流和電壓嚴(yán)格同同頻、同頻、同相（只有在功率調(diào)節(jié)器中出于無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?，才可控的?shí)相（只有在功率調(diào)節(jié)器中出于無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?，才可控的?shí)現(xiàn)一定的相位差）現(xiàn)一定的相位差）。 鎖相環(huán)（鎖相環(huán)（PLL，Phase-Locked Loop）的作用）的作用：調(diào)節(jié)逆變器輸出的頻率和相位，使其和輸入逐漸進(jìn)入同步鎖定狀態(tài)。調(diào)節(jié)逆變器輸出的頻率和相位，使其和輸入逐漸進(jìn)入同步鎖定狀態(tài)。u鎖相環(huán)路的工作原理鎖相環(huán)路的工作原理 相位比較器將輸入的信息與反饋的信號作比較獲取相位差信息；環(huán)路相位比較器將輸入的信息與反饋的信號作比較獲取相位

14、差信息；環(huán)路濾波器濾除相位比較器輸入中的高頻成分同時(shí)調(diào)整環(huán)路參數(shù)，對整個(gè)濾波器濾除相位比較器輸入中的高頻成分同時(shí)調(diào)整環(huán)路參數(shù)，對整個(gè)鎖相環(huán)的性能起著至關(guān)重要的作用，環(huán)路濾波器的輸入信號用于控制鎖相環(huán)的性能起著至關(guān)重要的作用，環(huán)路濾波器的輸入信號用于控制壓控振蕩器的輸入頻率與相位；壓控振蕩器根據(jù)反饋回來的相位差信壓控振蕩器的輸入頻率與相位；壓控振蕩器根據(jù)反饋回來的相位差信息調(diào)節(jié)輸出信號的頻率與相位，逐步實(shí)現(xiàn)與輸入信號同頻同相息調(diào)節(jié)輸出信號的頻率與相位，逐步實(shí)現(xiàn)與輸入信號同頻同相。第四章第四章 并網(wǎng)控制系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)并網(wǎng)控制系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)u并網(wǎng)系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)框圖并網(wǎng)系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)框圖uDS

15、PDSP外圍電路設(shè)計(jì)外圍電路設(shè)計(jì)5V5V到到3.3V3.3V的電的電平平轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路電路A/DA/D采樣電路的電壓基準(zhǔn)采樣電路的電壓基準(zhǔn) 基于基于74LVX424574LVX4245的電平轉(zhuǎn)換電路的電平轉(zhuǎn)換電路 （一片用于輸入信號，一片用于輸入信號，1 1片用于輸出信號片用于輸出信號）u電壓采樣電路電壓采樣電路u 電流采樣電路電流采樣電路u 隔離、驅(qū)動電路隔離、驅(qū)動電路（采用光電耦合驅(qū)動器（采用光電耦合驅(qū)動器HCPLJ312HCPLJ312）u并網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)并網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)u定時(shí)器中斷子程序定時(shí)器中斷子程序uPLLPLL軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)結(jié)論結(jié)論u(1) (1) 采用電流電壓閉環(huán)控制，該控制用于保證穩(wěn)

16、態(tài)參考跟采用電流電壓閉環(huán)控制，該控制用于保證穩(wěn)態(tài)參考跟蹤特性，對網(wǎng)側(cè)電流值進(jìn)行比例積分蹤特性，對網(wǎng)側(cè)電流值進(jìn)行比例積分PIPI控制，方法簡單，控制，方法簡單，效果理想，易于實(shí)現(xiàn)和推廣。提高并網(wǎng)電流波形的質(zhì)量，效果理想，易于實(shí)現(xiàn)和推廣。提高并網(wǎng)電流波形的質(zhì)量，降低系統(tǒng)工作噪聲和減小諧波的輸出。降低系統(tǒng)工作噪聲和減小諧波的輸出。u(2)(2)選取電容輸出電流值為被控對象，反饋效果好，響應(yīng)速選取電容輸出電流值為被控對象，反饋效果好，響應(yīng)速度快，而且易于實(shí)現(xiàn)對逆變器開關(guān)管直接快速有效的過流度快，而且易于實(shí)現(xiàn)對逆變器開關(guān)管直接快速有效的過流保護(hù)。保護(hù)。結(jié)論結(jié)論u(3)(3)本文對傳統(tǒng)的本文對傳統(tǒng)的L L 濾波器加以改進(jìn)，用濾波器加以改進(jìn)，用LCLC濾波器，濾波器，減少并網(wǎng)電流的直流分量，減少并網(wǎng)電流的直流分量，THD THD 控制在很理想的范控制在很理想的范圍內(nèi)，有效抑制諧波污染，提高并網(wǎng)電流質(zhì)量。圍內(nèi)，有效抑制諧波污染，提高并網(wǎng)電流質(zhì)量。u(4)(4)采用雙閉環(huán)控制可以實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)電流的單位采用雙閉環(huán)控制可以實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)電流的單位功率因數(shù)控制，電流跟蹤速度快，功率因數(shù)達(dá)到接功率因數(shù)控制，電流跟蹤速度快，功率因數(shù)達(dá)到接近近1 1，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)并網(wǎng)。，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)并網(wǎng)。展望展望u缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：u(1(1）本設(shè)計(jì)沒有探