山東理工職業(yè)學(xué)院光伏發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)單相雙級式光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)第一章緒論現(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清潔能源，得到了人們的青睞。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電已成為新能源開發(fā)利用領(lǐng)域的一個重要方向。第一章緒論單級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)第一章緒論兩級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)第二章并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1并網(wǎng)逆變器分類第二章并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）帶工頻變壓器的單級式逆變器第二章并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）高頻變壓器絕緣的多級式逆變器第二章并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（3）無變壓器絕緣的兩級逆變器第二章并網(wǎng)逆變器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2系統(tǒng)工作原理前級Boost電路當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，二極管反偏，則將輸出級隔離，由輸入端向電感器供應(yīng)能量。當(dāng)開關(guān)管Q斷開時，則輸出級吸收來自電感器和輸入端的能量。注：一般控制導(dǎo)通占空比在D<0.88

之內(nèi)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。后級單相全橋逆變器的工作原理單相橋式逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單相橋式PWM逆變器向量分析，Ugrid為電網(wǎng)電壓，Uo為逆變器輸出電壓，Igrid是逆變器輸出到電網(wǎng)的電流。

從上圖中可以看出并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓之間有一個位移量α，于是可以通過開關(guān)管的PWM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。本文確定了采用無變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即前端Boost電路和后端全橋逆變電路。第三章光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)工作時應(yīng)同時滿足以下三個條件：①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)在10%以內(nèi)②并網(wǎng)逆變器輸出頻率接近市電頻率，一般頻差不超過0.4Hz③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10度。光伏并網(wǎng)逆變器的整體結(jié)構(gòu)框圖并網(wǎng)逆變器控制模式分析輸入方式（1）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)成逆變器低阻抗的電源內(nèi)阻特性，即電壓源特性。（2）電流源為輸入方式的逆變器，其直流側(cè)需串聯(lián)一個大電感作為無功元件，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，但是串入大電感往往會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)差。故：大部分并網(wǎng)逆變器均采用以電壓源輸入為主的方式并網(wǎng)逆變器控制模式分析輸出模式（2）電壓型控制如果光伏并網(wǎng)逆變器的輸出采用電壓控制，則實(shí)際上就是一個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。（2）輸出模式：電流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)到電流源與電壓源并聯(lián)運(yùn)行的目的。本課題選擇電流型控制并網(wǎng)，如下圖：電流滯環(huán)控制優(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)開關(guān)管采用較高開關(guān)頻率時，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。缺點(diǎn)：在設(shè)計(jì)滯環(huán)寬度采用固定的數(shù)值，這樣做的結(jié)果將會導(dǎo)致一個PWM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，很難獲得良好的濾波效果。三角波比較控制優(yōu)點(diǎn)：該方法下開關(guān)管的開關(guān)頻率一定，輸出電流的頻譜固定，濾波器容易設(shè)計(jì)缺點(diǎn)：該控制方法無法實(shí)現(xiàn)對正弦信號的無靜差跟蹤，同時積分的引入則會產(chǎn)生電流相移，影響逆變器輸出電能質(zhì)量（控制系統(tǒng)方框圖）

電壓電流雙環(huán)反饋控制本文采用電壓電流雙環(huán)控制方式：具有控制簡單，控制效果較好，諧波頻率固定，能減小并網(wǎng)環(huán)流等特點(diǎn)。逆變器并網(wǎng)設(shè)計(jì)（控制結(jié)構(gòu)圖）1--正弦電壓給定2--PI電壓調(diào)節(jié)器3--PI電流調(diào)節(jié)器4--三角波載波信號5--SPWM比較器6--驅(qū)動電路并網(wǎng)逆變器中同步鎖相環(huán)的研究

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)現(xiàn)一定的相位差）。鎖相環(huán)（PLL，Phase-LockedLoop）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)。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)路濾波器濾除相位比較器輸入中的高頻成分同時調(diào)整環(huán)路參數(shù)，對整個鎖相環(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。第四章并網(wǎng)控制系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)并網(wǎng)系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)框圖DSP外圍電路設(shè)計(jì)5V到3.3V的電平轉(zhuǎn)換電路A/D采樣電路的電壓基準(zhǔn)基于74LVX4245的電平轉(zhuǎn)換電路

（一片用于輸入信號，1片用于輸出信號）電壓采樣電路電流采樣電路

隔離、驅(qū)動電路（采用光電耦合驅(qū)動器HCPLJ312）并網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)定時器中斷子程序PLL軟件設(shè)計(jì)結(jié)論(1)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PI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，降低系統(tǒng)工作噪聲和減小諧波的輸出。(2)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保護(hù)。結(jié)論(3)本文對傳統(tǒng)的L濾波器加以改進(jìn)，用LC濾波器，減少并網(wǎng)電流的直流分量，THD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。(4)采用雙閉環(huán)控制可以實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)電流的單位功率因數(shù)控制，電流跟蹤速度快，功率因數(shù)達(dá)到接近1，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)并網(wǎng)。展望缺點(diǎn)：(1）本設(shè)計(jì)沒有探討使用太陽能電池實(shí)際電路及MPPT電路，以致缺失一部分重要的研究素材，將來有機(jī)會一定要探討這個問