独立式三相无源逆变电源设计

摘要

面对全球日趋严重的能源危机问题，可再生能源的开发和利用得到了人们的高度重视。其中辐射到地球太阳能资源是十分富饶的，绿色清洁的太阳能不会危害我们的生存环境，因而受到了人们的广泛利用。光伏发电作为可再生能源被广泛的应用，技术不断革新。为了提高光伏发电系统的光电转换效率，需要系统实时的进行最大功率点跟踪。

本文首先总结了课题研究的背景与意义，论述并网型光伏发电的系统结构。重点介绍了三相无源逆变器的研究背景与意义，阐述了三电平逆变器的拓扑结构，分析了当前并网型光伏发电的行业标准。

研究了并网型光伏发电的关键性技术，主要包括了三相电网的调制技术、光伏发电的MPPT 技术、并网型光伏发电逆变器的控制方法、并网型光伏发电的孤岛效应、光伏发电的滤波器技术与相应的滤波效果。

研究了三相无源逆变器的调制方法，首先论述了三电平逆变器的SPWM 调制，重点研究SVPWM 调制技术。在Matlab/Simulink 环境下进行仿真实验，设计一个独立式三相逆变电源方案，能满足风电和光伏发电系统的应用。

关键词：三相无源逆变器，并网逆变器，matlab，MPPT

Abstract

Faced with the increasingly serious global energy crisis, the development and utilization of renewable energy has been highly valued by people.Among them, the solar energy resources that radiate to the earth are very abundant. The green and clean solar energy will not harm our living environment, so it has been widely used by people.Photovoltaic power generation as a renewable energy is widely used, and the technology is constantly innovating.In order to improve the photoelectric conversion efficiency of photovoltaic power generation system, real-time MPPT tracking is needed.

Firstly, this paper summarizes the background and significance of the research, and discusses the system structure of grid-connected photovoltaic power generation.This paper mainly introduces the research background and significance of three-phase passive inverter, expounds the topological structure of three-level inverter, and analyzes the current industry standard of grid-connected photovoltaic power generation.

The key technologies of grid-connected photovoltaic power generation are studied, including modulation technology of three-phase power grid, MPPT technology of photovoltaic power generation, control method of grid-connected photovoltaic inverter, isling effect of grid-connected photovoltaic power generation, filter technology of photovoltaic power generation and corresponding filtering effect.

The modulation method of three-phase passive inverter is studied. Firstly, the SPWM modulation of three-level inverter is discussed, and the SVPWM modulation technology is emphatically studied.In the Matlab/Simulink environment for simulation experiments, design an independent three-phase inverter scheme, which can meet the application of wind power and photovoltaic power generation system.

Keywords: Three-phase passive inverter, grid-connected inverter, Matlab, MPPT

摘要....................................................................................... I

Abstract................................................................................ II

第一章绪论........................................................................ 1

1.1研究课题背景.......................................................... 1

1.2国内外关于光伏发电逆变并网控制的发展状况.. 2

1.3光伏并网发电的逆变结构...................................... 3

1.3.1 电流源与电压源逆变器.............................. 3

1.3.2 隔离型光伏系统.......................................... 4

1.4三相无源逆变器的研究意义.................................. 6

1.5 研究内容及章节安排............................................. 7

第二章光伏发电系统的组成............................................ 8

2.1光伏发电系统的基本组成...................................... 8

2.2光伏发电系统的分类.............................................. 9

2.3光伏发电系统的应用.............................................. 9

2.4小结........................................................................ 10

第三章光伏并网三相逆变系统及其控制技术.............. 10

3.1光伏并网逆变系统................................................ 10

3.2 并网逆变系统滤波器............................................. 11

3.2.1 LCL 型滤波器模型................................... 11

3.2.2 无源阻尼.................................................... 12

3.2.3 有源阻尼.................................................... 14

3.3 三相逆变器调制技术............................................. 15

3.3.1 正弦脉宽调制............................................ 15

3.4 并网型光伏三相逆变器的控制方法..................... 16

3.5 并网型光伏逆变器的滤波器................................. 18

第四章独立式三相逆变器的仿真.................................. 19

4.1 三相逆变器的仿真模型搭建............................... 19

4.2仿真结果分析........................................................ 20

4.3小结........................................................................ 22

第五章总结...................................................................... 22

参考文献............................................................................ 23

致谢............................................................................ 25

第一章绪论

1.1研究课题背景

在我国光伏并网发电技术仍处于起步阶段，国内大部分国家级示范项目仍采用国外产品，所以我国光伏产业要有突破性的发展不仅需要大规模的项目投资，同时也需要对并网逆变器进行深入研究，利用更高效与可靠的控制技术。

现如今，随着工业迅速崛起，各种能源成为人类生产、生活中不可缺少的东西，能源结构的日益变化推动了人类社会和世界经济的发展和进步。当今，对开采技术的熟练掌握以及各种大型器械的加入，使有限的石化资源更加快速被开采出来，这种过快的开采导致全球能源危机的出现，而作为人口大国的中国，能源总存储量仅占全球总量的百分之十左右。

从环境方面看，现代工业大幅度的兴起，它们的生产离不开对化石燃料的燃烧，在方便人类日常生活需要的同时，也将大量的二氧化碳气体带进大气中，这种气体是形成温室效应的罪魁祸首。能源是人类文明和社会发展的动力，但传统能源的使用对经济和环境的影响也是致命的，因此人们开始寻找一个新的两全其美的途径，逐渐把目光转移到对新能源的开发和使用。由于新能源方面新的技术诞生和发展，使得风能、太阳能等新能源得到快速开发和使用。

就我国目前的现状，能源存储量的开采时间比世界水平低很多，也就是说我国人均消费量严重不足，而且中国的工业主要以煤为消耗燃料，在加速消耗能源的同时又严重加重了对环境的污染，为了制止这种恶性事情的扩大，我国必须对新能源进行开发和鼓励在工业上运用。在新能源的中，太阳能的应用领域最受关注的，应用最为广泛。所以，研发设计光伏发电系统是至关重要。

因此，光伏发电技术凭着资源丰厚的太阳能资源，足以解决当前特殊领域的用电需求，随着技术的不断更新，一定能够成为能源市场上的主力军。总之，光伏发电技术对解决当前能源危机和环境恶化的问题起着非常关键的作用。

1.2国内外关于光伏发电逆变并网控制的发展状况

伴随着电子控制技术的不断革新，同时各种功率型控制设备开关性能上不断增强，这些都会促进光伏发电并网朝着更加稳定可靠地方向发展，在其中扮演至关重要的角色。光伏发电系统中的并网逆变器在系统中也是至关重要的，他可以将太阳能电池产生的直流电转换成电网能够合并吸收的交流电，且交流电的相频特性要与电网保持一致，主要包含电流调节、功率转换等技术方面，我们需要充分学习研究这些技术方法，对并网逆变器的设计奠定坚实的基础。
　　我们的光伏发电技术在20世纪70年代中期也取得了前所未有的进步，因为智能控制技术的革新。不同的光伏发电系统，如春季雨后的青笋，逐渐应用于国家的很多地方。欧美等发达国家在光伏发电技术方面有先进的水平，他们在20世纪60年代开始对过光伏发电技术控制系统方面展开深入的研究，在1980年之后，研究人员就基本实现了对光伏发电系统的控制，在20世纪末期，开始对光伏发电技术的控制模块进行批量生产，但因为生产成本过高，这种最新的研发项目只用在了少数的地方。然而现如今，光伏发电控制系统已经成功地与电子技术相结合，而且逐渐走向成熟，由于购买成本有所减少，越来越多的人开始安装光伏发电系统。

在欧洲光伏市场的带动下，我国政府大力支持、投资国内的产业，在一定程度上促进了中国光伏产业的发展，但与发达国家相比，我国的光伏产业的发展还是相当缓慢的，因为我国的光伏技术和产业还存在很大的差距，主要表现在生产成本高，技术相对落后，产业链不完善，转换效率低等。因此，我国的光伏产业仍然面临的非常严峻的形势，整体上还有待于进一步的提高。

1.3光伏并网发电的逆变结构

1.3.1 电流源与电压源逆变器

光伏逆变系统由于是有源逆变系统，直流侧串联电感是电流源逆变系统的特点之一。储能电感稳流的作用施加在直流侧电流上，给予逆变器加上恒定电流，使得直流侧类似于恒流源。直流侧并联电容器是电压源逆变器的特点之一，阻抗特性比较小。因为电流源逆变系统中存在了大电感，其动态响应比电压源型慢。现在，并网型光伏逆变多数使用的是电压型逆变结构，图1.1、图1.2 是两种系统的结构：