專業(yè)工程訓(xùn)練設(shè)計報告-電壓型太陽能并網(wǎng)的設(shè)計

1、中南大學(xué)專業(yè)工程訓(xùn)練扌艮告設(shè)計題目：電壓型太陽能并網(wǎng)的設(shè)計學(xué)院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院班級：電氣xxxx班姓 名：xxx學(xué)號：xxxxxxxxxx指導(dǎo)老師：xxxe)期：2011年9月隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源問題在當(dāng)今社會中受到越來越多的關(guān)注。在 減緩能源供求矛盾方面，能量回饋系統(tǒng)可以發(fā)揮重要作用，主要運用在功率電子 負(fù)載、分布式發(fā)電和電機(jī)再生制動等場合。而電力電子的逆變技術(shù)是能量冋饋系 統(tǒng)的核心部分。隨著人類生態(tài)環(huán)境的日益惡化，人們逐漸認(rèn)識到必須走可持續(xù)發(fā) 展的道路，太陽能必須完成從補充能源向替代能源的過渡，即a陽能的利用應(yīng)該 逐漸從無電地區(qū)向有電地區(qū)發(fā)展。光伏并網(wǎng)是太陽能利用的發(fā)展趨勢，

2、光伏發(fā)電 系統(tǒng)將主要用于調(diào)峰電站和屋頂光伏系統(tǒng)。本次工程訓(xùn)練的題目就是電壓型太陽能并網(wǎng)。具體內(nèi)容是設(shè)計1千瓦光伏并 網(wǎng)逆變器，需要根據(jù)設(shè)計要求并結(jié)合電力電子技術(shù)相關(guān)知識盡量將這一課題做 好。此設(shè)計內(nèi)容中主耍包括屯流諧波畸變率的改變；單位功率因數(shù)；空間矢量調(diào) 制技術(shù)以及系統(tǒng)閉環(huán)控制等。在本次課程設(shè)計中，先后得到了老師的鼎力幫助， 并與木課題同學(xué)多次進(jìn)行商討，在此表示誠摯的謝意！木次課程設(shè)計涉及面非常廣，查閱了大量資料，由于很多方面的知識都是臨 時去學(xué)習(xí)，對所查閱的資料的正確性也沒右一一考證，另外，這是本人第一次系 統(tǒng)性進(jìn)行電力電子方面課題的設(shè)計，限于在此方面知識的欠缺，設(shè)計當(dāng)屮不免存 在并非最優(yōu)

3、方案和不完善的地方，因此，錯誤與疏漏之處再所難免，望老師批評 指正。目錄第一章 緒論-11.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介-11.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求-1第二章設(shè)計任務(wù)-22.1設(shè)計題目-29 9沿汁駐求-?第三章并網(wǎng)逆變聶親矗怎祜二二二二二二二二二二二二二二二二二二二1-23.1電壓型單相并網(wǎng)逆變器的理想模型-23.2三相電壓型并網(wǎng)逆變電路的模型-3第四章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計-54. 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-54.2逆變器的總流程-64.3 功率電路的設(shè)計-74.4控制電路-84.5并網(wǎng)同步的實現(xiàn)-84.6驅(qū)動電路-94.7系統(tǒng)控制方案-9第五章電壓型并網(wǎng)諧波與功率因數(shù)分析-105.1電壓型并網(wǎng)

4、諧波分析-105. 2電壓型并網(wǎng)功率因數(shù)分析-11第六章空間矢量調(diào)制策略-126. 1空間矢量直接電流控制策略-126.2 d,q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型-13第七章 光伏并網(wǎng)逆變器的仿真建模14小結(jié)-16參考文獻(xiàn)-17第一章緒論1.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介光伏并網(wǎng)發(fā)屯系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的宜流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同頻同 相的交流電，并11實現(xiàn)既向負(fù)載供屯，又向電網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、控制器和繼電保護(hù)裝置組成。光伏陣列是光伏并網(wǎng)發(fā)屯系統(tǒng)的主要部件，rti其將接收到的太陽光能宜接轉(zhuǎn)換為 屯能。目前工程上應(yīng)用的光伏陣列一般是由一定數(shù)量的晶體硅太陽能電池組件按 照系統(tǒng)需

5、要的電壓的要求串、并聯(lián)組成的。并網(wǎng)逆變器是整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心，它將光伏陣列發(fā)出的電能逆變 成220v / 50hz的正弦波電流并入電網(wǎng)。電壓型逆變器主要由電力電子開關(guān)器件 組成，以脈寬調(diào)制的形式向電網(wǎng)提供電能。控制器-般由單片機(jī)或dsp芯片作為核心器件，控制光伏陣列的最犬功率 點的跟蹤、控制逆變器并網(wǎng)電流的功率和波形。繼電保護(hù)裝置可以保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全性。1.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求作為光伏陣列和交流電網(wǎng)系統(tǒng)間進(jìn)行能量交換的逆變器，英安全性、可靠性、 逆變效率、制造成本等因素對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體投資和收益貝有舉足輕重 的作用。因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對并網(wǎng)逆變器

6、有如下要求：1）實現(xiàn)高質(zhì)量的電能轉(zhuǎn)換。并網(wǎng)逆變器輸出的電流頻率和相位與電網(wǎng)的必須 嚴(yán)格一致，以使輸出功率因數(shù)盡可能的達(dá)到1。2）實現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)要求。如輸岀過載保護(hù)、輸岀短路保護(hù)、輸入反接保 護(hù)、直流過壓保護(hù)、交流過壓和欠壓保護(hù)、孤島保護(hù)及裝置自身保護(hù)等，從而確 保系統(tǒng)的安全性和可靠性。3）具有較高的可靠性?？谇肮夥⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要在一些自然條件惡劣的地 區(qū)，所以逆變器應(yīng)在長時間的工作條件下保證低故障率，并具冇較強(qiáng)的自我診斷 能力，因此所設(shè)計的逆變器應(yīng)具有合理的電路結(jié)構(gòu)、嚴(yán)格的元器件篩選。4）最大功率的跟蹤。最大限度的利用光伏陣列，提高逆變器的效率。第二章設(shè)計任務(wù)2.1設(shè)計題目電壓型太陽能并

7、網(wǎng)voltagesupplyfilterzvwpxvm-vsr afe2. 2設(shè)計要求設(shè)計1千瓦光伏并網(wǎng)逆變器，具體要求如2(1) 電流諧波畸變率小于5%；(2) 單位功率因數(shù)；(3) 熟悉空間矢量調(diào)制；(4) 常握系統(tǒng)閉環(huán)控制；第三章 并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)分析3.1電壓型單相并網(wǎng)逆變器的理想模型作為并網(wǎng)用的逆變器，一般的理想狀態(tài)為：1) 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)九=1,即網(wǎng)側(cè)電流in無畸變r與網(wǎng)側(cè)電壓un相位一致，這 樣回饋至電網(wǎng)的只有有功功率。2) 能夠?qū)崿F(xiàn)冋饋電流in的快速調(diào)節(jié)；3) 具有能量雙向流動的能力，除了向電網(wǎng)回饋能量外，在一定條件下，電路還可處于整流模式，從電網(wǎng)吸收能量能夠?qū)崿F(xiàn)上述理想的逆變電路

8、狀態(tài)，并認(rèn)為(1) 理想波形圖1 電壓型單相逆變電路理想波形3.2三相電壓型并網(wǎng)逆變電路的模型電壓型三相橋式逆變屯路的主電路如圖2所示。rfl圖2可以看出三相橋式電 路是單相半橋電路的擴(kuò)展,在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上是完全相似的，其中各相輸入屯感相等, 電網(wǎng)各相電壓均為正弦波。id圖2 電壓型三相橋式并網(wǎng)逆變電路三相并網(wǎng)逆變電路的等效電路模型如圖3(a)所示，0點為電網(wǎng)中點，0,為宜 流側(cè)濾波電容中點，rs為電感電阻，其他同單相電路。圖3(b)為a相等效電路 的相量圖。(a)(b)圖3 三相并網(wǎng)逆變等效電路和矢量圖三相并網(wǎng)逆變器交流側(cè)的方程為ua 一 una =+ r.)tna(1)zzsb 一 unb =

9、+ /?s)tnbuse 一 use = (jax + )，nc逆變部分一般考慮spwm調(diào)制的三相電路，三相橋式電路的控制脈沖時序 分布和單相的相似，調(diào)制信號為三相正弦波uga、ugb和ugco分析得知逆變器輸 出線電壓波形是一個單極性spwm波形，其輸出幅值為uio假想直流電源中點0貝ij可推出三相spwm逆變電路相電壓基波表達(dá)式為hz"=cot + a） zlsin（勁 + a + "牛sin（ 3/ + a -紅）3紅）3（2）對于逆變橋的輸入電流id,由單相電路分析的結(jié)果，毎個橋臂從直流側(cè)吸取 的電流存在二次諧波，三相電路屮每個半橋單元從直流側(cè)吸收的電流為i<

10、la = .; cos（ a _- cos （2a）t + a - <p） 1cos（ a - 卩）- cos（2期 + 0-卩 +）fji._ ihkmb _ 77、/ottcos（a - 卩）一 cos（2a>/ + a- 纟）us（3）將三相電流疊加后即可得到直流側(cè)電流id的表達(dá)式為（4）由式（4）可知，當(dāng)電路在三相對稱條件下，逆變器的輸入電流為恒定的直流, 而不存在二次電流分量，電路的直流側(cè)輸入不需要二次諧波吸收電路。三和逆變 器的輸人瞬時功率也隨z恒定，而單相逆變器的輸入電流存在二次電流分量，輸 入功率也不恒定，如圖1所示。這點是三相逆變器不同于單相逆變器之處，因此, 單

11、相逆變器的直流側(cè)濾波電容需要濾除高頻和低頻的紋波，而三相逆變器的直流 側(cè)濾波電容僅需要濾除高頻紋波即可，其容量可以比單和的小。第四章光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)太陽能光伏并網(wǎng)逆變裝置的主原理圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用兩級式設(shè)計,由于是應(yīng)用于小功率光伏并網(wǎng)，太陽能電池板輸出的電壓較低，所以在太陽能電 池板后接boost升壓斬波器，將電壓升到400v,這樣設(shè)計有利于提高系統(tǒng)的效 率，也便于后級全橋逆變器并網(wǎng)控制。圖4光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖太陽能電池輸出的最大功率隨著光照強(qiáng)度和溫度的變化而變化，本系統(tǒng)的最 大功率跟蹤曲前級boost升壓斬波器控制，為實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電 流，其由后級全橋逆

12、變器控制。他們的控制都是由dsp芯片tms320f2812協(xié)調(diào)完 成。4.2逆變器的總流程太陽能并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是將太陽能電池板發(fā) 出的直流電逆變成單相交流電，并送入電網(wǎng)。同時實現(xiàn)對中間電壓的穩(wěn)定，便于 前級boost升壓斬波器對最大功率點的跟蹤。并r具冇完善的并網(wǎng)保護(hù)功能，保 證系統(tǒng)能夠安全可靠地運行。圖5是并網(wǎng)逆變器的原理圖。圖5逆變器原理框圖逆變器的控制用電從交流電網(wǎng)中取得，采用smd10 一 220d15電源模塊和 lm25755. 0,轉(zhuǎn)換成控制芯片的供電電壓正負(fù)15v和5v。當(dāng)控制電路上電后, 首先檢測電網(wǎng)參數(shù)和光伏電池的電壓，當(dāng)網(wǎng)壓正常，閉合繼電器，

13、此時工作為不 控整流，中間電壓310v左右，延時之后啟動全橋電路，此時，全橋逆變器工作 在pwm整流器狀態(tài)，中間電壓為400vo當(dāng)中間電壓穩(wěn)定2后啟動前級boost電 路，全橋電路開始逆變運行，開始給電網(wǎng)送電。逆變器工作過程中，由控制芯片 檢測中間電壓、并網(wǎng)電流，如果中間電壓過高或者并網(wǎng)電流超過最大電流時，由 控制芯片封鎖全橋逆變器和boost升壓斬波器的開關(guān)管控制脈沖，同時斷開繼電 器。延吋一段后再嘗試重新啟動，若故障仍然存在，則斷開逆變器，并且只冇手 動清除故障才能使逆變器重新投人工作。逆變器設(shè)計了兩個按鈕，一個是啟停， 一個是故障清除，dsp能快速響應(yīng)命令。該光伏并網(wǎng)逆變器的額定輸入電壓

14、為直流400v,最高為450v,額定功率為 2kw,交流輸出并人220v交流電網(wǎng)。逆變器的皺件系統(tǒng)分為三個部分：功率電路、 控制電路、驅(qū)動電路。4.3功率電路的設(shè)計逆變器的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用單相全橋逆變電路，功率器件使用1gbt,開關(guān)頻 率為8khz；逆變器的輸出端使用了 lc濾波電路濾除了高頻分量。fh電感的基本 伏安關(guān)系-dt可得ai=(1)i o l式屮：vl(t)為電感兩端電壓。當(dāng)輸岀電壓處于峰值附近時，即時，輸出電流紋波最大，設(shè)此時 開關(guān)管的開關(guān)周期為t,占空比為d,則有尿匕嚴(yán)(2)另外，根據(jù)電感的伏秒平衡原理，我們可以得到人(3)d=于是求得(4)從式(3)和式(4)可得(5)在本系統(tǒng)

15、中,v週匸 j 2 *220二31iv, y 5a, vw二400v, f=8khz, t=l. 25*10 "s, 取電流紋波系數(shù)二015,則由式(5)計算可得，lf=12. 8mh。則濾波電感應(yīng)滿 足 lt 12 8mho逆變器的前端是boost j|-壓斬波電路(電壓為400v), g、g為支撐電容，穩(wěn) 定中間直流電壓；ri> r2為均壓電阻。圖2中的g、g為吸收電容，在開關(guān)管igbt 的開通關(guān)斷過程中吸收尖峰電壓，防止開關(guān)管被擊穿。系統(tǒng)的散熱為加散熱片的 強(qiáng)迫風(fēng)冷。4. 4控制電路該電源逆變器控制電路的主控芯片是tms320f2812,該芯片具有處理性能更 快，外設(shè)集成

16、度更高，程序存儲器更大，數(shù)模轉(zhuǎn)換速度更快等特點。該芯片的采 用可以更好地滿足對tgbt單相全橋逆變器進(jìn)行實時控制的要求。此外，控制并 網(wǎng)電流需要實時采樣電流信號，該方案中使用的是lem傳感器，型號為la25- xp,經(jīng)過濾波整形，得到系統(tǒng)控制所需耍的電流平均值和瞬時值。對中間電壓和 網(wǎng)壓的檢測，使用電阻分壓，經(jīng)濾波整形得到中間電壓值和網(wǎng)側(cè)電壓得平均值、 i舜時值。網(wǎng)壓和并網(wǎng)電流的采樣為交流信號，其濾波整形電路如圖6所示。4.5并網(wǎng)同步的實現(xiàn)并網(wǎng)的要求是使逆變器輸出的電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。因此，將電網(wǎng)電壓 經(jīng)過濾波整形產(chǎn)生于電網(wǎng)電壓同頻同相的方波信號。此方波信號由dsp的外部屮 斷口捕捉到其過

17、零點和跳變沿，產(chǎn)生同步中斷。在同步中斷中，正弦指針復(fù)位到 零。這樣就得到與網(wǎng)壓同步的正弦指針和正弦表，由此就可以得到與網(wǎng)壓同步的 電流指令。4.6驅(qū)動電路控制芯片tms320f2812發(fā)岀的4路spwm信號，使用安捷倫公司的hcpl3150 隔離放大，經(jīng)ir21 13駅動全橋的igbto4. 7系統(tǒng)控制方案市于屯網(wǎng)可視作功率為無窮人的屯壓源，宜采用電流型的并網(wǎng)逆變器進(jìn)行發(fā) 屯。曲圖4可知，流經(jīng)電感 的電流不能突變，可采用反饋雙閉環(huán)控制的方法。 控制框圖如圖7所示。外環(huán)為電壓環(huán)，穩(wěn)定屮間電壓vdc；內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，控制 并網(wǎng)電流。圖7逆變器控制框圖逆變器的控制框圖中參考電壓v點與光伏屯池實際輸出屯

18、壓vdc相比較后， 誤差經(jīng)pi調(diào)節(jié)得到電流指令1再與正弦波形相乘得到正弦指令1“ 爲(wèi)與實 際輸出的電流相比較后，課差經(jīng)p調(diào)節(jié)后得到的值（物理意義上就相當(dāng)于逆變器 輸出側(cè)屯感上產(chǎn)生的電壓）與網(wǎng)壓v/t）相加得到的波形與三角波比較，便產(chǎn)生 了 4路pwm波控制逆變器開關(guān)管的通斷，這樣就實現(xiàn)了光伏電池輸出電壓基本工 作在v“f附近，系統(tǒng)輸出止弦電流波形幅值為廠。這種被稱為改進(jìn)的固定開關(guān)頻率的控制策略與電流滯環(huán)控制相比，冇開關(guān)頻 率固定、電流跟蹤誤差較小等優(yōu)點，改善了并網(wǎng)逆變器的電流跟蹤性能，保證了 逆變器的輸出電流與電網(wǎng)電壓z間保持同頻同相，使并網(wǎng)系統(tǒng)不對電網(wǎng)產(chǎn)生污 染。方案中對并網(wǎng)電流的采用了固定

19、開關(guān)頻率的控制方法。固定開關(guān)頻率控制是 將電流謀差p調(diào)節(jié)后作為調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生pwm波。其缺點是必須與實 際屯流存在偏差才能產(chǎn)生pwm波。因此在固定開關(guān)頻率控制的基礎(chǔ)上冇所改進(jìn)， 加人了交流側(cè)網(wǎng)壓v°c的計算,即電流誤差信號1“經(jīng)過pi調(diào)節(jié)后與vac相加， 得到的值再與三角載波進(jìn)行比較。ai在物理意義上就相當(dāng)于逆變器輸出側(cè)電感 上產(chǎn)生的電壓。mxp與叱之和，就相當(dāng)于逆變器輸出脈沖電壓，這樣構(gòu)成的 矢量圖與逆變器輸出向量圖一致。改進(jìn)的固定開關(guān)頻率的控制策略在保持原有優(yōu) 點的同吋，屯流跟蹤誤差顯著減小，改善了 pwm整流器的電流跟蹤性能。第五章電壓型并網(wǎng)諧波與功率因數(shù)分析隨著電力

20、電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來的諧波(harmonics) 和無功(reactive power)問題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。5.1電壓型并網(wǎng)諧波分析各種電力電于裝置的廣泛應(yīng)用以及大功率非線性負(fù)荷的只益壇加，使注入電網(wǎng)中 的諧波分量不斷增多，引起了系統(tǒng)屮電壓、電流的波形畸變，導(dǎo)致電力設(shè)備的過 熱和損壞。屯力系統(tǒng)中普遍裝設(shè)了電容器組作為無功補償?shù)氖侄?，?dāng)補償屯容器 組的容抗值與系統(tǒng)參數(shù)匹配而構(gòu)成諧波諧振或嚴(yán)重諧波放人時會對系統(tǒng)，特別是 電容器形成很大的危害。電容器如果經(jīng)常工作在這樣的條件下，會嚴(yán)重影響其使 用壽命。因此，研究受諧波污染時電容器參數(shù)的合理配置，既發(fā)揮對基波無功的 最優(yōu)補償作

21、用，叉避免困諧波放人或發(fā)生諧振出現(xiàn)過電壓而破壞系統(tǒng)的安全運 行，具有重要意義.(1) 諧波的危害諧波的危害：降低設(shè)備的效率。 影響用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作。對通信系統(tǒng)造成干擾。(2) 諧波分析正弦波電壓可表示為："二屁血(切+久)對于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級數(shù)：基波(fundamental)頻率與工頻相同的分量諧波頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比n次諧波電流含有率以hrin (harmonic ratio for in)表示hrin =4x100%a電流諧波總

22、畸變率thdi (total harmonic distortion)定義為 77/0=x100%a本次設(shè)計要求電流畸變率小于5% ,即thdi52電壓型并網(wǎng)功率因數(shù)分析(1) 無功的危害導(dǎo)致設(shè)備容量增加。使設(shè)備和線路的損耗增加。線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動。(2) 功率因數(shù)分析單位功率因數(shù)下無功與有功平衡，負(fù)載成阻性負(fù)荷，功率因數(shù)為1 正弦電路屮的情況電路的有功功率就是其平均功率：1梓兀p =i uid (初)=ui cos (p2兀山視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即s二ui無功功率定義為：q=uisinp功率因數(shù)1定義為有功功率p和視在功率s的比值：2 =丄s此時無功功率q與

23、有功功率1視在功率s之間有如下關(guān)系：s2 = p2+e2非正弦屯路中的情況有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式 定義。不考慮屯壓畸變，研究電壓為正弦波、電流為非正弦波的情況冇很人的實際意義。 非正弦電路的有功功率:p二uhcosj功率因數(shù)為：a=p = ug忙s 昭基波因數(shù)一一n二i/i,即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）一一cosj.功率因數(shù)由基波屯流相移和屯流波形畸變這兩個因索共同決定的。非正弦電路的無功功率定義很多，但尚無被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義。一種簡單的定義是仿照式給出的：q = s2-p2無功功率q反映了能量的流動和交換，目

24、前被較廣泛的接受。也可仿照式定義無功功率，為和式區(qū)別，采用符號q,忽略電壓中的諧波時有:qt-二uhsinji在非正弦情況下，"工嚴(yán)+©,因此引入畸變功率d,使得：s2 = p2 +q； +d2q為由基波電流所產(chǎn)生的無功功率，d是諧波電流產(chǎn)生的無功功率。第六章空間矢量調(diào)制策略&1空間矢量直接電流控制策略三相并網(wǎng)逆變器的輸出電流控制技術(shù)主要分為間接電流控制和直接電流控制兩 大類。間接屯流控制主要以相幅控制為代表，其優(yōu)點在于控制簡單，i般無需電 流反饋控制,但其主要問題在于電流的動態(tài)響應(yīng)不夠快，系統(tǒng)對參數(shù)波動較敏感;直接電流控制包括滯環(huán)電流控制閉、固定開關(guān)頻率電流控制、

25、空間矢量電流控制 等。相對于間接屯流控制，該方法能直接控制網(wǎng)側(cè)電流跟蹤電網(wǎng)電壓，因此具冇 動態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)態(tài)性能好，自身具有限流保護(hù)能力等優(yōu)點，因此應(yīng)用非常廣泛。 而基于d, q坐標(biāo)系的空間矢量電流控制除了具備一般直接電流控制的優(yōu)點外。還 能消除電流穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差、實現(xiàn)并網(wǎng)電流有功分量和無功分量的獨立控制。采用 空間矢量直接電流控制策略，在d, q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的模 型。給出了d, q坐標(biāo)系卜跟蹤電網(wǎng)電壓空間矢量的方法和輸出電流環(huán)的設(shè)計。仿 真和實驗均證明了控制策略的口j行性，電流能夠很好地跟蹤電網(wǎng)電壓的相位，實 現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)。6.2 d,q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型圖6. 1示

26、出三相并網(wǎng)逆變器拓?fù)?。系統(tǒng)直流側(cè)電壓山由再生能源發(fā)電設(shè)備捉供，拓?fù)洳捎萌嗳珮蛲負(fù)洌孀儤蜉敵鼋?jīng)過濾波電感l(wèi)連接到電網(wǎng)上。圖8三相并網(wǎng)逆變拓?fù)淠孀兤髡９ぷ髟趩挝还β室驍?shù)并網(wǎng)模式，并網(wǎng)輸出電流是與電網(wǎng)電壓同頻同和的止弦波。忽略高頻分量的影響，三和電感電流的冋路方程為:在該數(shù)學(xué)模型屮。需要控制的網(wǎng)側(cè)電流均為時變交流量，因而不利于控制系 統(tǒng)設(shè)計。為此，可以通過坐標(biāo)變換將三相對稱a, b, c靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基 波頻率同步旋轉(zhuǎn)的d, q坐標(biāo)系，將d軸定向于a軸旋轉(zhuǎn)*角度后的矢量方向上，q 軸與之垂直。定義d軸與電網(wǎng)電動勢矢量幾同相，貝ud軸方向的電流分量人為有功電流，d 軸落后q軸90度，故q

27、軸方向的電流分量昭為無功電流，初始條件下，令d軸與a軸重合。則三相 靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換矩陣為：cosd cos(0-2ir/3) cos(0+2x/3) -sin® -sin (0-2*17/3) -sin(0+2ir/3) 1/2 1/2 1/2當(dāng)電網(wǎng)電壓三相對稱時，得:-4ribd二4 atm1lie j式中：a>=d/dzoamdiddt札iq-coa.00整理后得到三相并網(wǎng)逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為:因此，只要控制好d, q軸的電流就可以實現(xiàn)對并網(wǎng)有功和無功分量的控制。第七章 光伏并網(wǎng)逆變器的仿真建模經(jīng)分析，本文確定了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變

28、器控制采用固定開關(guān)頻率的 pwm控制方法，電壓反饋信號與給定的電壓參考信號比較產(chǎn)生誤差信號，經(jīng)過pi 調(diào)節(jié)后作為給定電流參考信號，電流反饋信號與給定的電流參考信號比較產(chǎn)生誤 差信號，經(jīng)pi調(diào)節(jié)后與固定頻率的三角波比較產(chǎn)生spwm控制脈沖后，經(jīng)隔離、放 大后作為開關(guān)管的門極脈沖。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用的雙閉環(huán)方式，外環(huán)為電壓 環(huán)，內(nèi)環(huán)為屯流環(huán)，出電壓環(huán)和電流環(huán)組成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)冇效的保證了對輸 出電壓、電流波形和幅值的要求，具有控制的物理意義明確，易于軟件實現(xiàn)，動 態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點。為了防止橋臂發(fā)生直通，在電路中設(shè)置了相應(yīng)的死區(qū)。三角波的載波頻率是 lokllz,而逆變器本身的輸出頻率比較低，因此在忽略開關(guān)延遲時間的前提下， 逆變器木身可等效為一個比例環(huán)節(jié)。輸出濾波器采用lc型濾波器，可以得到電路 的等效模型，出此可推導(dǎo)出逆變控制系統(tǒng)的示意圖如圖所示，作者根據(jù)系