一種直接并網(wǎng)型光伏逆變器的研究

1、一種直接并網(wǎng)型光伏逆變器的研究主要內(nèi)容一 光伏發(fā)電的研究背景二 光伏逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究三 耦合副回路法消除輸出電流紋波四 逆變器輸出電流控制五 直接并網(wǎng)型逆變器的輸出直流分量研究六 總結(jié)一、光伏發(fā)電的研究背景能源枯竭問題化石能源將在未來幾十年內(nèi)枯竭，必須尋求新能源。開發(fā)清潔環(huán)保的新能源是解決當(dāng)前環(huán)境問題的主要手段。環(huán)境污染問題太陽能是十分理想的新能源我國(guó)陸地面積上太陽能資源十分豐富，太陽能較其他能源容易利用且對(duì)環(huán)境友好，因此研究太陽能光伏發(fā)電在當(dāng)前有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。二、光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究2.1、 直接逆變型并網(wǎng)逆變器優(yōu)點(diǎn)：效率高（96%）、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。 太陽能電池

2、板沒有與電網(wǎng)隔離，太陽能電池板兩級(jí)有電網(wǎng)電壓，對(duì)人身安全不利。 逆變器控制系統(tǒng)復(fù)雜，需要同時(shí)完成太陽能電池MPPT和逆變器輸出控制 沒有隔離光伏陣列會(huì)有對(duì)地漏電流問題 直接并網(wǎng)，逆變器會(huì)向電網(wǎng)輸送直流分量。光伏陣列的對(duì)地漏電光伏陣列的對(duì)地漏電流受到電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓和逆變橋A A、B B兩兩點(diǎn)的共模電壓點(diǎn)的共模電壓影響漏電流的危害：降低了逆變器的整體效率破壞系統(tǒng)的電磁兼容性危害人身安全造成電網(wǎng)電壓對(duì)漏電流的影響共模輸入對(duì)漏電流的影響漏電流抑制： 使用變壓器進(jìn)行隔離，變壓器阻斷了電網(wǎng)電壓和共模電壓產(chǎn)生的漏電流在光伏陣列的寄生電容上的通路，因此漏電流得到抑制。 使用雙極性調(diào)制，雙極性調(diào)制使得共模電壓

3、為一個(gè)恒定值，消除共模電壓產(chǎn)生的漏電流2.2、工頻變壓器隔離型并網(wǎng)逆變器優(yōu)點(diǎn)：工頻變壓器實(shí)現(xiàn)電壓變換和電氣隔離，有效抑制了電網(wǎng)電壓和逆變器共模電壓引起的漏電流，不向電網(wǎng)輸送直流分量。缺點(diǎn)：工頻變壓器笨重，成本高。工頻變壓器損耗大，造成系統(tǒng)效率不高。2.3、高頻變壓器隔離型并網(wǎng)逆變器優(yōu)點(diǎn)：光伏陣列和電網(wǎng)隔離高頻變壓器體積小、成本低缺點(diǎn)：高頻變壓器損耗大，因此這種結(jié)構(gòu)的逆變器一般功率都不會(huì)太大。會(huì)向電網(wǎng)輸送直流分量2.4、中頻變壓器隔離型并網(wǎng)逆變器使用中頻變壓器代替高頻變壓器，以獲得更大的功率，但是實(shí)際中由于整流濾波電感較大，造成這種結(jié)構(gòu)較少應(yīng)用。本文中提出了一種減小濾波電感的方法。 一種減小中頻

4、變壓器整流濾波電感方法電感L1兩端的電壓變化量等于電容C2兩端的電壓，如果C2兩端的電壓很小，則電感L1就可以很小了。通過控制T1和T2的導(dǎo)通時(shí)間，使得電感L1中的電流變?yōu)榱愫?，再改變變壓器初?jí)的逆變橋的開關(guān)狀態(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，這樣逆變橋中功率開關(guān)的損耗就可以很小了。2.5、改進(jìn)型中頻變壓器隔離型并網(wǎng)逆變器采用中頻變壓器的逆變器整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖三、耦合副回路法消除輸出電流紋波二極管鉗位式三電平逆變器逆變器并網(wǎng)時(shí)，要求輸出電流的紋波不超過總電流的5%，目前逆變器常用抑制輸出電流紋波方法：多電平逆變、輸出濾波采用LCL輸出濾波的三相并網(wǎng)L23IN12122L213G1212I(s)1 = U (

5、s)L L Cs +(L +L )sI (s)L Cs +1 = U (s)L L Cs +(L +L )s1212L +L1=2L L Cf諧振頻率LCL濾波法消除輸出電流中紋波，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制。但是該結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定的極點(diǎn)。121111122222dIdIU = L +LMdtdtdIdIU =M+ L +Ldtdt2111222212221121LN=LNNNM=L=LNN12222NL(-1)=LN耦合副回路法消除電流紋波的原理令Uo=Uc、U1=U2、dI1/dt =0 得:M=L2+L22又因?yàn)轳詈细被芈贩ㄏ娏骷y波的仿真我們使用PSPICE電路仿真軟件，對(duì)耦合副回路法消除電流

6、紋波的電路進(jìn)行仿真，主電路采用了降壓型(Buck)開關(guān)電路。耦合副回路消除電流紋波的PSPICE仿真電路負(fù)載電阻R1兩端的電壓波動(dòng)電容C上的電流電阻R1兩端電壓波動(dòng)的峰峰值為0.1V，紋波電壓僅占總輸出電壓的0.1%。沒有加入副回路時(shí)，主回路電感電流紋波峰峰值為1.24A，副回路吸收了97%的主回路電流紋波。電感L2(mH)副回路紋波電流I2(mArms)主回路紋波電流I1(mArms)26.900.5338.4210.272.1737.672.0111.5327.770.6239.6013.500.4061.104.900.3667.601.300.3271.205.15硬件實(shí)驗(yàn)電路不同L2

7、值下，紋波電流數(shù)據(jù)沒有加入耦合副回路時(shí)，紋波電流紋38.59mA。當(dāng)電感L2等于0.36mH時(shí)，主回路中的電流紋波最小，此時(shí)的電感值大致滿足L22=L2的條件，說明耦合副回路消除電流紋波方法理論正確，能夠?yàn)V除主回路中電流紋波。耦合副回路法消除電流紋波的硬件電路實(shí)驗(yàn)四、逆變器的輸出電流控制4.1、電流滯環(huán)控制優(yōu)點(diǎn)：控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、控制誤差恒定。缺點(diǎn)：功率管開關(guān)頻率不固定，造成輸出電流中含有不同頻率的諧波，使得濾波器的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。22dgdU -U f=4HLU開關(guān)頻率4.2、SPWM閉環(huán)控制輸出電流波形接近正弦波，控制效果要好于電流滯環(huán)控制法，且功率管的開關(guān)頻率固定，等于三角載波頻率

8、。控制效果的好壞受PI環(huán)節(jié)影響，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不如滯環(huán)控制法好。電流的SPWM閉環(huán)控制模型4.3、無差拍控制無差拍控制是一種預(yù)測(cè)性的控制方法，它根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和下一個(gè)采樣周期的參考電流來控制系統(tǒng)下一周期的輸出電流的大小，理論上能夠做到使輸出電流無誤差的跟蹤參考電流。由于需要知道系統(tǒng)的狀態(tài)方程，因此這種控制方法的應(yīng)用受到限制。4.4、SVPWM控制SVPWM是上世紀(jì)八十年代提出的一種先進(jìn)控制算法，它常用于電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，它控制的目的是使逆變器輸出的三相電壓形成的磁鏈軌跡按照?qǐng)A形變化，這樣電機(jī)才能連續(xù)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。SVPWM控制效果比SPWM控制要好，但是比SPWM控制復(fù)雜。4.5、基于S

9、PWM閉環(huán)控制的逆變器仿真五、直接并網(wǎng)型逆變器的輸出直流分量研究5.1、輸出直流分量產(chǎn)生的原因功率開關(guān)器件的性能參數(shù)不一致參考電流信號(hào)中含有直流分量控制系統(tǒng)的器件的離散參數(shù)5.2、輸出直流分量的消除方法研究硬件法消除輸出直流分量軟件法消除輸出直流分量虛擬電容法消除直流分量5.2.1、硬件法消除輸出直流分量通過硬件電路檢測(cè)逆變器輸出電流中的直流分量的大小，其次根據(jù)檢測(cè)到的直流分量的大小，產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償量，這個(gè)補(bǔ)償量和參考的標(biāo)準(zhǔn)正弦電流信號(hào)一起和逆變器的輸出并網(wǎng)電流比較，通過加入這個(gè)補(bǔ)償量使得逆變器的輸出電流中不含直流分量。逆變器的輸出直流分量的檢測(cè)電路5.2.2、軟件法消除輸出直流分量 逆變器輸出

10、電流中含有直流分量的原因是因?yàn)樵谳敵稣也ǖ碾娏餍盘?hào)的正半周內(nèi)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)的PWM信號(hào)的脈沖寬度和不等于正弦波負(fù)半周驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)的脈寬和。因此可以通過計(jì)算輸出正弦波電流信號(hào)正負(fù)半周內(nèi)的驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)的PWM信號(hào)脈沖寬度的和，以此來判斷逆變器輸出電流中是否含有直流分量以及直流分量的極性，根據(jù)直流分量的極性來調(diào)整調(diào)制波，以減小輸出直流分量。5.2.3、虛擬電容法消除直流分量半橋式逆變結(jié)構(gòu)全橋式串聯(lián)濾波電容逆變結(jié)構(gòu)串聯(lián)隔直電容的全橋逆變器的電流控制器在不改變上圖中電流控制器傳遞函數(shù)的情況下，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行調(diào)整采用虛擬電容的全橋逆變器總結(jié)1、本文研究了一種采用中頻變壓器的直接并網(wǎng)型逆變器，提出了一種減小中頻變壓器整流濾波電感