單相光伏逆變器控制系統(tǒng)的研究摘要太陽(yáng)能作為一種可再生而無(wú)污染新能源，勢(shì)必會(huì)成為發(fā)展的新對(duì)象。為了可以高效的利用太陽(yáng)能這種新能源，光伏并網(wǎng)發(fā)電將成為發(fā)展的新趨勢(shì)。本文在分析了單相光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)建立了單相光伏逆變器的數(shù)學(xué)模型；在分析了并網(wǎng)性能要求的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)輸出電流正弦化并且能夠跟蹤電網(wǎng)電壓變化的雙閉環(huán)控制策略，采集電網(wǎng)電壓信息，作為電壓外環(huán)控制的反饋量，并將其相位信息作為電流內(nèi)環(huán)控制的給定指令，使并網(wǎng)電流跟隨電網(wǎng)電壓的相位變化，提高了輸出功率因數(shù)。電流內(nèi)環(huán)控制采用PI調(diào)節(jié)控制策略，并對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后在基于MATLAB/simulink環(huán)境下搭建了單相光伏并網(wǎng)的仿真模型，通過(guò)對(duì)仿真波波形的分析，驗(yàn)證了雙閉環(huán)控制的有效性。關(guān)鍵詞：并網(wǎng)逆變器；仿真；光伏；閉環(huán)控制Title:Researchoncontrolsystemofsingle-phasephotovoltaicinverterABSTRACTSolarenergy,asarenewableandpollution-freenewenergy,isboundtobecomeanewobjectofdevelopment.Inordertomakeefficientuseofsolarenergy,photovoltaicgridconnectedpowergenerationwillbecomeanewtrendofdevelopment.Inthispaper,basedonthemathematicmodelandtheoryofsingle-phasephotovoltaicgrid-connectedinverteranalyzed,thecontrolstrategyofphotovoltaicgrid-connectedinverterispresented,andthecontrolmodelofvoltageandcurrentdoubleclosed-loopisusedtocontroltheoutputcurrent,whichneededtokeepwiththegridvoltageinphase.PIcontrolischosentofinishtheinnercontrolloop,andPIparameteriscalculated.Finally,asimulationmodelofsingle-phasephotovoltaicsinverterisbuiltinMatlab/Simulinktoprovethecorrectnessandeffectivenessofclosedouble-loopcontrolstrategy.Itisveryimportanttodeterminethesuitableinvertercircuitstructurefortheresearchofthecontroltechnologyoftheunifiedpowerqualitycontroller.Keywords：Parallelinverters;Simulation;PV;Closed-loopcontrol目錄1緒論 UUdCdDCACLuN(t)(b)電壓型逆變器圖2-1并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)原理圖電流型逆變器直流側(cè)會(huì)接有大電感，等同于一個(gè)大電源，且直流電流基本無(wú)脈動(dòng)，可以使直流電流穩(wěn)定輸入，但是直流電流基本無(wú)脈動(dòng)，回路會(huì)出現(xiàn)高阻抗性，致使它的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)會(huì)因此變差，故并網(wǎng)逆變器一般不會(huì)采用電流源作為輸出控制力的方式。電壓型并網(wǎng)逆變器是在直流側(cè)接有大電容，以致于提供穩(wěn)定的輸入直流電壓，要想達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電，必須使輸入的直流電壓比電網(wǎng)峰值電壓大。在上面所講的分布式電源通常電壓幅值都會(huì)更小比現(xiàn)實(shí)使用的輸出電壓，它受環(huán)境因素影響波動(dòng)會(huì)比較大（如水能受徑流量，太陽(yáng)能受光照時(shí)長(zhǎng)影響等），因此，要實(shí)現(xiàn)逆變電源的要求，在現(xiàn)實(shí)操作中一般需要通過(guò)升壓和穩(wěn)壓的環(huán)節(jié)才行[4]。交流電網(wǎng)可以看作成一個(gè)具有無(wú)限大容量的定值交流電源，當(dāng)使用電壓控制的輸出方式時(shí)，等同于兩個(gè)電壓源并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)。采用鎖相控制技術(shù)達(dá)到與電網(wǎng)上的電壓同步，才能讓它的穩(wěn)定運(yùn)行；在這情況下，以調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的高低來(lái)達(dá)到控制系統(tǒng)有功和無(wú)功輸出的目的。逆變器輸出采用電流輸出控制的話，它的控制方式會(huì)比較簡(jiǎn)易，只用控制輸出電流來(lái)追蹤交流電網(wǎng)的電壓，就能夠?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行，而采用電壓控制的話，它的鎖相回路響應(yīng)慢，輸出的電壓值也很難得到有效控制。因此，采用電流輸出控制的逆變器會(huì)得到更好的發(fā)展前景?？紤]以上因素，電壓型逆變器是本文設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器的控制方式，電壓型逆變主電路可用于控制有源濾波器和無(wú)功功率補(bǔ)償，能夠高效的利用于發(fā)電方面，降低設(shè)備成本。2.2單相光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理圖2-2逆變并網(wǎng)電路主電路圖圖2-2是一個(gè)主電路圖，呈現(xiàn)完整的單相逆變并網(wǎng)電路。全橋式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逆變器，這是一個(gè)傳統(tǒng)且應(yīng)用范圍較廣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，全橋逆變拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)電流較半橋逆變拓?fù)湟獪p少一半，更適合大功率逆變場(chǎng)合[5]，因此這種逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更適用于大部分的逆變并網(wǎng)設(shè)計(jì)。全橋逆變器的工作原理：VT1，VT2，VT3，VT4這四個(gè)功率的開(kāi)通關(guān)斷由PWM波控制。功率開(kāi)關(guān)管左右有兩個(gè)橋臂，同一橋臂上兩個(gè)功率管為了避免直通造成短路，它們的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是相反的。VT1、VT4和VT2、VT3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)直流側(cè)電壓加到了橋臂中點(diǎn)上，橋臂中點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生一組幅值為的方波。只要驅(qū)動(dòng)信號(hào)合理，方波則呈現(xiàn)正弦波變化規(guī)律，這樣經(jīng)過(guò)濾波除去諧波之后，濾波器兩端就能產(chǎn)生一組呈正弦變化的電壓波形。2.3SPWM控制方式的選擇SPWM法是一種較成熟且使用廣泛的PWM法。全橋逆變器的正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）具有以下三種，分別是單極性SPWM控制、雙極性SPWM控制和單極倍頻SPWM控制[6]。從理論上來(lái)說(shuō)，這三種控制方式都可以實(shí)現(xiàn)逆變器的并網(wǎng)運(yùn)行：（1）單極性SPWM控制單極性SPWM控制方式有單極單邊SPWM和單極性雙邊SPWM兩種控制方式，這里主要介紹了單極性雙邊SPWM控制方式，如圖2-3所示。載波的頻率通常為工頻，調(diào)制波的為功率管的開(kāi)關(guān)頻率。在調(diào)制過(guò)程中，工作在工頻的橋臂，稱之為低頻臂，而工作在高頻的橋臂，稱之為高頻臂。對(duì)單極性調(diào)制波與載波的比較，載波的極性產(chǎn)生變化，調(diào)制波的極性也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的反轉(zhuǎn)。即載波幅值大于調(diào)制波，則高頻臂上S3的開(kāi)關(guān)開(kāi)通，反之則關(guān)斷。之所以單極性SPWM的開(kāi)關(guān)損耗小，是因?yàn)閮H有50%的開(kāi)關(guān)元件工作在高頻上，并且它的諧波含量也少。積分作用使單極性SPWM控制在過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)存在震蕩。圖2-3單極性雙邊SPWM控制原理圖（2）雙極性SPWM控制雙極性指的是在調(diào)制波的半個(gè)周波內(nèi)載波存在正負(fù)極變化的，比較雙極性的調(diào)制信號(hào)波和載波，可以產(chǎn)生SPWM波，如圖2-4所示，調(diào)制波信號(hào)Ur和載波信號(hào)Uc在交點(diǎn)時(shí)刻處控制著各元器件的開(kāi)斷[7]。由于雙極性SPWM控制的四個(gè)功率管都工作在高頻臂上，以至于它的開(kāi)關(guān)損耗與單極性SPWM相比會(huì)高，但是雙極性SPWM控制不會(huì)像單極性SPWM控制在過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)產(chǎn)生震蕩。圖2-4雙極性SPWM控制原理圖（3）單極倍頻SPWM控制單極倍頻SPWM控制綜合了上上面兩種控制方法的優(yōu)點(diǎn)，單極倍頻SPWM控制的開(kāi)關(guān)工作方式和調(diào)制波都與雙極性SPWM控制相似，但單極倍頻的SPWM控制有兩條互補(bǔ)的調(diào)制波。如圖2-5所示圖2-5單極倍頻SPWM控制原理圖上圖所示的U1、U2是相反互補(bǔ)的調(diào)制波，VT1,VT2,VT3,VT4為開(kāi)關(guān)器件，Vab則是逆變器左右兩橋臂中點(diǎn)間的電壓。雙極性SPWM的工作原理為：當(dāng)調(diào)制波U1>三角波時(shí)，VT1開(kāi)通，VT2關(guān)斷，否則反之；當(dāng)調(diào)制波U2>三角波時(shí)：VT3開(kāi)通，VT4關(guān)斷，否則反之；當(dāng)調(diào)制波U1>零時(shí)，VT2、VT3沒(méi)有同時(shí)導(dǎo)通，Vab的值由VT1、VT4決定。當(dāng)VT1、VT3共同導(dǎo)通時(shí)Vab電壓值為400V；當(dāng)調(diào)制波U1<零時(shí)，VT1、VT4沒(méi)有同時(shí)導(dǎo)通，Vab的值由VT2、VT3決定。當(dāng)VT2、VT3共同導(dǎo)通時(shí)Vab電壓值為-400V；橋臂中點(diǎn)的電壓Vab將會(huì)呈正弦式變化，在四個(gè)器件的配合工作下，通過(guò)濾波可形成正弦變化的電壓曲線[8]。單極倍頻SPWM控制具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）采用雙調(diào)制波，且U1和U2波形相反；（2）正半軸只輸出+Ud，負(fù)半軸只輸出-Ud；（3）一個(gè)三角波周期內(nèi)有兩個(gè)輸出脈波。優(yōu)點(diǎn)：（1）載波周期內(nèi)Vab有兩次的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，高次諧波頻率增加一倍；（2）降低開(kāi)關(guān)損耗。綜上分析，本文設(shè)計(jì)將采取單極倍率SPWM的控制方式來(lái)進(jìn)行。3單相光伏逆變器控制策略3.1光伏并網(wǎng)逆變器輸出控制光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的本質(zhì)是有源逆變，主要功能是將從前級(jí)得到的直流電通過(guò)調(diào)壓轉(zhuǎn)換，逆變后再饋入電網(wǎng)。該系統(tǒng)分為兩級(jí)，分別為DC/DCBoost電路和全橋式DC/AC變換器。并網(wǎng)逆變器的主要目的就是讓逆變器法人輸出達(dá)到并網(wǎng)需求，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器的輸入輸出方式的不同，按照控制方式分類，可分為四大類，分別是電壓源電壓、電壓源電流、電流源電壓和電流源電壓控制。在這四種輸入方式中，電流源輸入的情形下，為穩(wěn)定直流輸入，直流側(cè)應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)大電感，但是電感往往會(huì)使得系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差。所以，通常并網(wǎng)時(shí)逆變器的輸入會(huì)電源都是電壓型的，而不采用電流源輸入。對(duì)逆變器的控制，在逆變器并網(wǎng)運(yùn)行中，通常又會(huì)分成兩種控制，電壓控制和電流控制。考慮電壓控制的情況，如果電網(wǎng)的電壓不穩(wěn)定，可能會(huì)有環(huán)流的產(chǎn)生，并不能得到期望中的并網(wǎng)電流和電壓，不能有效的控制其輸出變化，導(dǎo)致輸出結(jié)果波形與之不符。如果采用電流控制的話，我們只需要控制好輸出電流，就能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。電流型的波形結(jié)果受電網(wǎng)電壓的影響比較小，不會(huì)像電壓型一樣受到較大的干擾就會(huì)存在嚴(yán)重的畸形狀況。電流控制又可分為直接電流控制和間接電流控制，直接電流控制主要的目的是可以得到高質(zhì)量的電流響應(yīng)，但是其結(jié)果和算法會(huì)比較繁瑣。而間接電流控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)不高和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的場(chǎng)合使用。相比較的話，直接電流控制具有更好的穩(wěn)定性。所以，在本文設(shè)計(jì)中并網(wǎng)逆變器將使用電壓源電流控制的方案[9]。3.2并網(wǎng)電流控制策略研究上文有敘述到電流的控制方式，分為兩種，直接電流控制和間接電流控制。下面我們假設(shè)并網(wǎng)電流iL為逆變器的控制量進(jìn)行研究，可直接對(duì)iL進(jìn)行控制，或者控制輸出電壓Uab來(lái)達(dá)到iL控制的目的。u間接電流控制有時(shí)也稱之為相位幅值控制，是通過(guò)SPWM調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM輸出端的電壓幅值以及相位，考慮的是穩(wěn)態(tài)控制。因?yàn)橄到y(tǒng)電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，所以沒(méi)有考慮動(dòng)態(tài)過(guò)程。除此之外，參數(shù)變化也是會(huì)對(duì)信號(hào)計(jì)算過(guò)程有影響的，容易干擾控制的效果[10]。它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)易控制，不需要通過(guò)電流反饋控制。假設(shè)輸入電網(wǎng)的功率為P，則有（3.1）從而有（3.2）另外，逆變器輸出電壓滿足（3.3）而對(duì)于SPWM逆變器，輸出電壓基波滿足（3.4）其中m為調(diào)制度。所以，可以得到關(guān)系（3.5）綜上所述，如果電壓和電感是已知確定的，通過(guò)給出的電網(wǎng)功率P和并網(wǎng)電流iL，再結(jié)合上面的式（3.2）和式（3.5），就可以得到Uab與Ugrid相對(duì)應(yīng)的超前角φ和SPWM的調(diào)制度m，要想控制電壓的幅值和相位，通過(guò)控制φ和m，就能達(dá)到控制并網(wǎng)電流目的。相對(duì)而言，直流電流控制法引入了電流反饋，可以得到高質(zhì)量的電流響應(yīng)，只是控制算法和控制結(jié)構(gòu)會(huì)相對(duì)復(fù)雜。下面就兩種常采用的控制方式進(jìn)行一些剖析[11]：（1）三角波比較控制方式圖3-1所示為三角波比較控制原理圖。三角波比較控制方式和電流滯環(huán)控制方式不同，它不是直接把反饋電流信號(hào)和指令信號(hào)的偏差輸入到比較器，而是將偏差經(jīng)過(guò)放大器A之后再與三角偶才輸入到波進(jìn)行比較后再輸入到比較器中的。這種控制方式的開(kāi)關(guān)頻率和輸出電流的頻譜是固定的，比較廣泛應(yīng)用。但是該控制方式不能對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行無(wú)靜差跟蹤，積分的引入也會(huì)出現(xiàn)電流相移，致使逆變器輸出的電能質(zhì)量受到影響。圖3-1三角波比較控制方式原理圖（2）電流滯環(huán)控制方式圖3-2所示為電流滯環(huán)控制方式原理圖。將實(shí)際的電流信號(hào)和指令信號(hào)進(jìn)行比較，把它們的偏差Δi輸入到滯環(huán)比較器，再由輸出的PWM信號(hào)去控制逆變橋。一般設(shè)計(jì)滯環(huán)寬度的時(shí)候，都會(huì)使用固定的數(shù)值，因此，會(huì)致使開(kāi)關(guān)管頻率不固定在PWM的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，很難得好較好的濾波效果。開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)會(huì)出現(xiàn)很快的響應(yīng)速度，所受其他負(fù)載以及電路參數(shù)的影響也小。電流滯環(huán)控制這種控制方式簡(jiǎn)單可行，只要構(gòu)建模擬電路就能夠完成。圖3-2電流滯環(huán)控制方式原理圖3.3并網(wǎng)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型做好電流閉環(huán)的設(shè)計(jì)，是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，讓控制系統(tǒng)擁有良好的電流動(dòng)靜態(tài)性能以及抗干擾性。經(jīng)過(guò)研究，本文設(shè)計(jì)將采用上文所述的基于瞬時(shí)值反饋的三角波比較控制方式，并網(wǎng)電流閉環(huán)控制原理圖如圖3-3所示。參考電流IL*和并網(wǎng)電流瞬時(shí)反饋值iL先做差處理，再將得到的偏差輸入到控制器，調(diào)節(jié)后的信號(hào)即調(diào)節(jié)波，將其與三角形載波作比較，得到SPWM信號(hào)，最后通過(guò)濾波器進(jìn)行濾波得到所需電流。其中，Uab為逆變橋輸出電壓，Ugrid為電網(wǎng)電壓，G1（s）為控制器傳遞函數(shù)，G2（s）為逆變橋傳遞函數(shù)，G3（s）為濾波器傳遞函數(shù)[12]。根據(jù)圖3-3所示的控制系統(tǒng)框圖，可以建立其數(shù)學(xué)模型。GG1（s）G2（s）G3（s）UgridiL* + Uab+ iL- 控制器逆變橋?yàn)V波器圖3-3并網(wǎng)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖對(duì)于逆變器的輸出端：（3.6）式中，為并網(wǎng)電流，為濾波電感值，為電感的串聯(lián)等效電阻。用復(fù)頻域形式分析式（3.6），有（3.7）其中，（3.8）即為濾波器傳遞函數(shù)。其中PI控制器是三角波控制中最常見(jiàn)的，其傳遞函數(shù)為：（3.9）式中，是是PI控制器的比例系數(shù)，是PI控制器積分系數(shù)。在本文設(shè)計(jì)的逆變器中，開(kāi)關(guān)頻率取10kHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率，忽略開(kāi)關(guān)管的延時(shí)及死區(qū)時(shí)間的影響的話，逆變橋可以等同為一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為：（3.10）式中，是一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，為逆變器增益，與PI調(diào)節(jié)器的最大限幅值有關(guān)，此時(shí)的并網(wǎng)電流控制結(jié)構(gòu)框圖如圖3-4所示。圖3-4并網(wǎng)電流PI控制結(jié)構(gòu)框圖3.4PI控制器參數(shù)設(shè)計(jì)一般采用二階系統(tǒng)模型來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，是為了能夠得到更加穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)性能，并更加快速的響應(yīng)，對(duì)PI參數(shù)設(shè)計(jì)可以采用工程上的二階最佳工程設(shè)計(jì)法。由圖3-4可得，控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：（3.11）為了使PI調(diào)節(jié)器抵消并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中較大的時(shí)間常數(shù)，令（3.12）此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為[13]（3.13）顯然系統(tǒng)屬于典型的I型系統(tǒng)。典型的I型系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（3.14）按照“二階最佳”法設(shè)計(jì)，即令式（3.14）中KT=0.5。對(duì)比式（3.13），得（3.15）所以，有（3.16）代入式（3.12），有（3.17）上面分析了PI控制器參數(shù)設(shè)計(jì)的二階最佳工程設(shè)計(jì)法，這種方法使用時(shí)需要逆變器的傳遞函數(shù)是已知的，式（3.10）只是逆變器傳遞函數(shù)給出的一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，和現(xiàn)實(shí)相比還是存在一定誤差的，因此得到的P，I參數(shù)只能作為理論指導(dǎo)值，在實(shí)際操作過(guò)程中還需要根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4單相光伏并網(wǎng)逆變器仿真分析4.1MATLAB/Simulink介紹MATLAB語(yǔ)言包含了MATLAB和Simulink，它具有五大通用功能，是優(yōu)秀的控制系統(tǒng)仿真軟件。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，MATLAB的版本不斷地升級(jí)更新，變得越來(lái)越完善、實(shí)用，如今受到廣大學(xué)者的信賴。MATLAB的強(qiáng)大功能主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)。在電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域上，MATLAB也是一款非常實(shí)用的研究工具，用戶能夠直接在Simulink仿真環(huán)境中建立系統(tǒng)模型，通過(guò)Simulink的基本模塊和電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)，將電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)中的模塊拉到基本模塊上組合到一起，進(jìn)而建立子系統(tǒng)，達(dá)到全圖仿真的目的。Simulink的仿真精度和仿真結(jié)果可信度高，各種數(shù)值算法、仿真步長(zhǎng)使用起來(lái)簡(jiǎn)易，具有高效性在算法研究和使用上面，解決了程序編程復(fù)雜的問(wèn)題。在本文設(shè)計(jì)中，單相光伏逆變器系統(tǒng)的仿真和研究過(guò)程就是通過(guò)MATLAB的仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)完成的[14]。4.2仿真主電路參數(shù)設(shè)定在Matlab/Simulink上構(gòu)造電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證所提出控制方式的性能和效果，仿真之前需要對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，數(shù)據(jù)如下：主電路連接電感：L為H；濾波電容為60uF。（2）電網(wǎng)電壓的有效值為220V，電網(wǎng)電壓的頻率50Hz，相角；（3）直流輸入電壓為380V。4.3在matlab/simulink中搭建單相并網(wǎng)逆變器的仿真模型4.3.1單相并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)仿真模型結(jié)合前面章節(jié)的論述，基于MATLAB的優(yōu)點(diǎn)與單相逆變器的特點(diǎn)，在Simulink仿真軟件上可以搭建出單相并網(wǎng)逆變器的仿真模型，如圖4-1所示。包括了主電路模塊、控制算法模塊、鎖相模塊、雙閉環(huán)控制模型、信號(hào)檢測(cè)模型。圖4-1單相并網(wǎng)逆變器仿真模型4.3.2逆變橋模型本文仿真系統(tǒng)中逆變橋模塊采用的是H橋，由4個(gè)IGBT組成，如圖4-2所示，圖中有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂上的兩個(gè)功率管是互補(bǔ)導(dǎo)通的。圖4-2逆變橋仿真模塊4.3.3控制算法模型控制系統(tǒng)采用的雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)是輸出電感電流閉環(huán)，外環(huán)是直流母線電壓閉環(huán)。外環(huán)主要用來(lái)調(diào)節(jié)母線電壓和并網(wǎng)的有功功率，內(nèi)環(huán)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的相位和頻率，以及波形成正弦波。如圖4-3所示為控制算法，前面的為電壓環(huán)，仿真中設(shè)置直流母線電壓給定值為380V，電壓環(huán)的輸出做為電流內(nèi)環(huán)的幅值給定，然后乘以交流電壓的相位，就得到電感電流的參考給定，和采集到的實(shí)時(shí)的電感電流作比較，然后經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)，得到參考控制量。圖4-3控制算法模塊4.3.4濾波模型本仿真中逆變橋經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制之后，輸出的交流波形是方波，要得到光滑的正弦波，輸出端需要接LC濾波器，本設(shè)計(jì)也是采用LC濾波器來(lái)濾除高頻紋波，得到光滑的正弦波[15]。LC模型如圖4-4所示。圖4-4濾波仿真模型4.4仿真結(jié)果分析此節(jié)利用通過(guò)構(gòu)建的單相逆變器系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行了整體仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。根據(jù)給定的仿真條件和計(jì)算的各參數(shù)，利用4.2節(jié)建立的仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真時(shí)間設(shè)置為0.3S，仿真得到的波形如圖4-5所示[16]。圖4-5仿真波形圖從圖4-5可以看出，母線電壓穩(wěn)定在380V，電壓穩(wěn)定非常小，對(duì)于逆變器來(lái)說(shuō)，母線電壓的問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定非常重要，所有母線上一般會(huì)并聯(lián)較大的電解電容來(lái)穩(wěn)定母線。輸出電流波形驅(qū)動(dòng)的時(shí)候有軟啟動(dòng)功能，在剛工作的時(shí)候有一點(diǎn)振蕩，因?yàn)樵趩?dòng)的時(shí)候，是過(guò)度過(guò)程，系統(tǒng)鎖相還沒(méi)完成。軟啟動(dòng)到0.3S的時(shí)候，系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，電流穩(wěn)定輸出。經(jīng)過(guò)LC濾波后，系統(tǒng)輸出的電壓波形是正弦波，LC低通濾波器將高次諧波濾除，留下基本部分圖4-6輸出電壓濾波前波形而從圖4-6可以看出，這個(gè)是逆變器橋臂輸出的交流方波電壓，含有高次諧波，需要經(jīng)過(guò)濾波才能輸出正弦波。綜上所述，單相并網(wǎng)逆變器主要由主電路模塊、控制算法模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊三個(gè)部分組成。結(jié)合數(shù)學(xué)模型的理論，可在MATLAB/Simulink中建立單相并網(wǎng)逆變器的仿真模型，對(duì)各模塊進(jìn)行仿真和分析。在設(shè)置好系統(tǒng)的參數(shù)后，對(duì)單相并網(wǎng)逆變器做出整體仿真，從電壓和電流的波形圖來(lái)看，雙閉環(huán)解耦控制的并網(wǎng)電流效果很好。5結(jié)論隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類日益增長(zhǎng)的社會(huì)活動(dòng)，能源匱乏是當(dāng)今我們所必須面對(duì)的問(wèn)題。太陽(yáng)能發(fā)電在一定程度上對(duì)緩解日趨緊張的能源危機(jī)能夠起到一定性的作用，所以對(duì)該領(lǐng)域的研究和發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在分析了單相光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)建立了單相光伏逆變器的數(shù)學(xué)模型；在分析了并網(wǎng)性能要求的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)輸出電流正弦化并且能夠跟蹤電網(wǎng)電壓變化的雙閉環(huán)控制策略，采集電網(wǎng)電壓信息，作為電壓外環(huán)控制的反饋量，并將其相位信息作為電流內(nèi)環(huán)控制的給定指令，使并網(wǎng)電流跟隨電網(wǎng)電壓的相位變化，提高了輸出功率因數(shù)。電流內(nèi)環(huán)控制采用PI調(diào)節(jié)控制策略，并對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后利用MALTAB軟件對(duì)單相并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，得出良好的并網(wǎng)的輸出壓電流和波形，驗(yàn)證了雙閉環(huán)控制的有效性。由于個(gè)人水平有限，本課題僅對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)了一些基本的理論基礎(chǔ)，只是在matlab進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，而沒(méi)有進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。致謝經(jīng)過(guò)這次的設(shè)計(jì)我收獲很多，學(xué)習(xí)到了很多有關(guān)專業(yè)方面的知識(shí)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我初步掌握了單相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要意義，同時(shí)也熟悉了電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)的一些基本方法和技巧，收獲頗大。衷心感謝我的指導(dǎo)老師。從我畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)、選題、提綱的擬定到執(zhí)筆、多次修改、不斷完善的整個(gè)過(guò)程中，正是得益于老師的不斷鼓勵(lì)、悉心教導(dǎo)和嚴(yán)格教誨，我才能克服困難，順利完成畢業(yè)論文。老師淵博的知識(shí)和開(kāi)闊的思維使我受到了許多啟發(fā)。在我論文的撰寫(xiě)過(guò)程中，老師悉心指出論文的缺陷不足并指導(dǎo)審改，在我的人生及事業(yè)道路上給予支持和幫助，他對(duì)事業(yè)的熱愛(ài)和奉獻(xiàn)、對(duì)學(xué)術(shù)高深的造詣和研究，公平正派的做人做事風(fēng)格，是我學(xué)習(xí)的榜樣。在這里，要特別感謝我的家人，是他們無(wú)微不至的關(guān)懷，是他們堅(jiān)持不懈的鼓勵(lì)，支持我順利完成了學(xué)業(yè)。雖然在這次的設(shè)計(jì)和參數(shù)的確定過(guò)程中遇到了不少困難和迷惑，但是通過(guò)查閱相關(guān)的資料和書(shū)籍，以及同學(xué)間互相探討和研究，基本上解決了所遇到的問(wèn)題。但是由于對(duì)專業(yè)知識(shí)準(zhǔn)備不足，所以在設(shè)計(jì)仿真電路時(shí)難免會(huì)存在一定的差錯(cuò)。參考文獻(xiàn)貢光禹.世界新可再生能源發(fā)電現(xiàn)狀與經(jīng)驗(yàn)[J].能源研究通訊,2004(5):53-58.張麗香．可再生能源發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J]．電力學(xué)報(bào)，2008(3):20-27.任苗苗.光伏發(fā)電三相并網(wǎng)逆變器的研究[D].蘭州交通大學(xué),2012.單琳.單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].西安理工大學(xué),2010.徐志英.并網(wǎng)逆變器電流控制技術(shù)的研究[D].南京航空航天大學(xué),2009.王連芳.電壓源型PWM逆變器死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償策略研究[D].山東大學(xué),2008.陽(yáng)岳豐呂征宇.全橋逆變單極性SPWM控制方式過(guò)零點(diǎn)振蕩的研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2005(2):30-35.RohitTirumala，NedMohan，ChrisHenze．SeamlessTransferofGrid-ConnectedPWMinvert