单相全桥逆变器单周期控制技术研究

本科毕业设计（论文）

单相全桥逆变器单周期控制技

术研究

**

燕山大学

2012年6月

本科毕业设计（论文）

单相全桥逆变器单周期控制

技术研究

学院（系）：里仁学院

专业：***

学生姓名：***

学号：***

指导教师：***

答辩日期：2012年6月17日

燕山大学毕业设计（论文）任务书

学院：里仁学院系级教学单位：电气工程及自动化系

学号***

学生

姓名

*** 专业

班级

应电08-2

题目题目名称单相全桥逆变器单周期控制技术研究

题目性质

1.理工类：工程设计（√）；工程技术实验研究型（）；

理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）。

2.文管类（）；

3.外语类（）；

4.艺术类（）。

题目类型 1.毕业设计（√） 2.论文（）

题目来源科研课题（√）生产实际（）自选题目（）

主要内容

掌握单周期控制的基本原理，并将其应用于单相全桥逆变电路。掌握PSIM仿真软件，仿真实现单相空间矢量调制的单相全桥逆变器。

基本要求1.设计单相全桥逆变器的主电路结构及元、器件参数

2.设计单周期控制算法

3.仿真实现单周期控制的单相全桥逆变器

参考资料1.IEEE相关期刊文献

2.中文核心期刊

3.相关领域专著

周次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周

应完成的内容文献阅读，英

文文献翻译

掌握基本概念

和基本方法

系统软硬件

设计，熟练

使用仿真软

件

仿真研究，

结果获取

撰写毕业设计报

告书，答辩

指导教师：***

职称：副教授2011年12月31日系级教学单位审批：

年月日

摘要

摘要

单周期控制是一种基于开关变量积分的新型非线性控制策略，能有效地抑制电源电压的扰动，但对负载扰动抑制能力有限。

单周期控制技术克服了常规PWM 技术固有的缺点：单周期控制的开关频率是固定的，既改善了输出波形的质量，又降低了输出波形的谐波含量；单周期控制的开关变量平均值在一个开关周期内严格跟踪参考给定，且开关变量平均值与控制参考之间既没有稳态误差，也没有暂态误差。而且，将单周期控制技术运用到单相全桥逆变器中可以有效地克服传统电压反馈控制中的缺陷，同时也不必考虑电流模式控制中的人为补偿。因此，本文选择了对单相全桥逆变器的单周期控制技术的研究工作。

本文通过使输入电压发生突变来证实单周期控制对系统输入侧扰动的抑制作用，并利用电力电子仿真软件PSIM对系统进行详细的仿真分析，从而利用仿真结果证实了方案的可行性。

关键词单周期控制；单相全桥逆变器；PSIM

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Abstract

The single-cycle control is a new nonlinear control strategy based on the switch variable integral, it can effectively inhibit the supply voltage disturbance, load disturbance rejection capability is limited.

Single-cycle control technique overcome the inherent shortcomings of conventional PWM technology: single-cycle control of switching frequency is fixed, both to improve the quality of the output waveform, but also reduces the harmonic content of the output waveform; the average single-cycle control of the switch variable in a switching cycle and strictly follow the reference given, and neither the steady-state error in the switch variable between the average control reference, there is no transient error. Moreover, single-cycle control technique applied to single-phase full-bridge inverter can effectively overcome the defects in the traditional voltage feedback control, but also do not have to consider the human compensation in the current mode control. Therefore, we have chosen a single-cycle single-phase full-bridge inverter control technology research.

This article confirmed by a mutation in the input voltage to the single-cycle control of the inhibitory effect of disturbance on the system input side, and a detailed simulation analysis of power electronic simulation software PSIM system to take advantage of the simulation results confirm the feasibility. Keywords One-cycle control；Single-phase full-bridge inverter；PSIM

目录

摘要....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论 (1)

1.1课题背景 (1)

1.1.1 逆变电路的现状与发展 (1)

1.1.2 单周期控制技术的特点及研究现状 (4)

1.2本文研究的主要内容 (5)

第2章单相全桥逆变器单周期控制技术相关原理 (6)

2.1引言 (6)

2.2单相全桥逆变器的基本原理 (6)

2.3单周期控制在BUCK变换器中的应用实例 (8)

2.3.1 基本buck变换器 (8)

2.3.2 单周期控制 (9)

2.4双极性调制方式下的单周期控制技术基本原理分析 (11)

2.5本章小结 (14)

第3章单相全桥逆变器单周期控制的参数与器件设计 (15)

3.1引言 (15)

3.2主电路参数设计 (15)

3.2.1 输出滤波器的设计 (15)

3.2.2 滤波器参数选择 (17)

3.2.3 负载电阻的参数设计 (19)

3.2.4 主开关(MOSFET)的选择 (19)

3.2.5 驱动器件的设计 (19)

3.3控制电路参数设计 (20)

3.3.1 积分器参数设计 (20)

3.3.2 比较器设计 (21)

3.3.3 触发器的设计 (21)

3.3.4 双向电子开关的设计 (22)

3.4本章小结 (22)

第4章基于单相全桥逆变器的单周期控制的仿真结果 (24)

4.1引言 (24)

4.2电路仿真软件PSIM的概述 (24)

4.2.1 PSIM的仿真环境的介绍 (24)

4.2.2 PSIM仿真软件的运行阶段 (24)

4.2.3PSlM仿真软件的电路结构 (25)

4.3系统仿真 (26)

4.3.1 仿真结果 (27)

4.4本章小结 (30)

结论 (31)

参考文献 (33)

致谢 (35)

附录1 (36)

附录2 (41)

附录3 (46)

附录4 (51)

附录564

第1章绪论

第1章绪论

1.1 课题背景

随着信息技术的发展，技术的不断成熟，滑模变结构控制，重复控制等新的控制方式克服了常规控制策略对电路模型的精确性以及电路参数的非线性与时变性的依赖的缺点，使系统的可靠性和精度得到不断提高，控制系统鲁棒性和对负载的适应能力不断增强。但是，这些先进的控制策略在实现上都存在着不同的问题，如变结构滑模控制固有的抖震无法保证系统可靠地运行，为了避免抖震而采取措施又增加了设计的复杂性；重复控制的响应速度比较慢，同时重复控制需要对负载连续自动的辨识和一个非常复杂的补偿网络才能保证系统的稳定性。将各种控制算法结合起来取长补短虽然弥补了各种控制策略的不足，但是同时增加了系统设计的复杂性，形成了控制的高精度与系统的复杂性之间不可协调的矛盾。

单周期控制是一种典型的实用非线性控制技术，其特点是，在一个开关周期内，有效地抑制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，无论是稳态还是暂态，它都能保持受控量的平均值恰好等于或正比于给定值，在逆变电源中采用单周期控制技术，可以有效地克服传统电压反馈控制中的缺陷，同时也不必考虑电流模式控制中的人为补偿。随着当代电气技术的逐步发展，一些控制技术和控制方法应运而生，种类繁多的控制方法面对目前高速发展的社会逐步遭到科技领域的延伸以致淘汰。目前需求的具备高精度、高稳定性、高速度与抗干扰能力的控制技术逐步浮出水面。就在20 世纪90 年代初，美国加州理工学院的K.M.Smedley 博士提出了一种大信号非线性控制理论方法———单周期控制理论（One Cycle Control），它是在开关放大器的PWM控制基础上发展起来的。

1.1.1 逆变电路的现状与发展

随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。它们的幅值、频率、

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稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，如充电器、通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器、加热电源、化工电源、汽车电源、绿色照明电源、不间断电源、医用电源、航空、航海、铁路交通、生产线、实验室等等，它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。

现代逆变技术就是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的一门科学。这门学科是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（PWM）技术、磁性材料等学科基础之上的一门实用技术。逆变电源是一种采用开关方式的电能变换装置，它从交流或直流输入获得稳压稳频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的专业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多种学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。按照输出电压的相数分类，逆变电路可以分为单相逆变电路和三相逆变电路。三相逆变电路按照输出有无中线又可以分三相四线制逆变电路和三相三线制逆变电路。按照逆变电路的额定输出功率分，逆变电路可分为小容量逆变电路（0.5kVA~10kVA）、中等容量逆变电路（10kV A~50kV A）及大容量逆变电路（50kV A 以上）。逆变电路之所以能得到广泛的应用，是因为它能实现以下功能：变频（逆变电源将市电转换成用户所需频率的交流电）、变相（逆变电源能将单相交流电转换成三相交流电，也能将三相交流电转换成单相交流电）、逆变（逆变电源能将直流电转换成交流电）、提高电质量（逆变电源能将低质量的市电电压转换成高质量的稳压稳频的交流电压）。

逆变器广泛用于工业、交通、能源、航空航天等领域。为了满足实际应用的各种要求，人们希望逆变器的输出电压（电流）、功率以及频率能够得到有效和灵活的控制，比如，有些系统对输出电压波形正弦失真度有严格的要求。基于此，研究逆变器的输出电压谐波是很有实际意义的。逆变器按输出相数可以分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。在单相逆变器中，常采用PWM 调制方式对开关管进行控制，在PWM 调制方法中有方波调制、正弦波调制、矢量空间调制等。方波调制尽管直流利用率高，但输出电压的谐波含量也高，且正弦度较差；而SPWM 调制能获得较好的正弦波，目前

第1章绪论

已被广泛应用。

逆变电路的应用范围非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。另外，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。

现代电力电子技术的快速发展为逆变技术的采用提供了必要的条件，采用逆变技术的优越性主要表现在以下几个方面：

1）灵活的调节输出电压或者电流的幅值和频率。通过控制回路，可以控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，从而使输出电压或电流的幅值和频率按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活的变化。

2）将蓄电池中直流电转换成交流电或其他形式的直流电。这种转换的用途很广，不间断电源设备在电网停电时，将蓄电池中的直流电逆变成交流电，供计算机等用电设备使用，不间断其工作，从而不会造成太大的损失。程控电话交换机二次电源是一种DC/DC 变换器，它把蓄电池中（或者一次电源送来的）直流电变换成其他形式的直流电供交换机使用，它不会因为交流电网停电或剧烈变换而影响工作。

3）明显地减小用电设备的体积和重量，节省材料。很多用电设备中，变压器和电抗器在很大程度上决定了其体积和重量。变压器绕组匝数和有效横截面积之积与变压器绕组中所加电压的频率成反比关系，如果能将变压器绕组中所加电压的频率大幅度提高，则变压器的体积和重量会明显减小，当然也节约了制作变压器的铜材和磁性材料。

4）高效节能。采用逆变技术高效节能主要表现在：电动机变频调速代替恒转矩、电动机制动时的有源逆变代替功耗电阻、提高功率因数、减小变压器体积的同时也减小了变压器的功耗。

5）动态响应快、控制性能好、电气性能指标好。由于逆变电路的工作频率高，调节周期短，使得电源设备的动态响应或者说动态特性很好。具体表现为：对电网波动的适应能力强（源效应好），负载效应好，启动冲击电流小，超调量小，恢复时间快，输出稳定，纹波小等。

6）保护快。由于逆变器工作频率高、控制速度快，对保护信号的反应快，

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从而增加了系统的可靠性。

然而逆变技术作为一种重要的电能变换技术已经广泛应用于交流电机调速、不间断电源、新能源开发等领域。

1.1.2 单周期控制技术的特点及研究现状

单周期控制技术是通过对滤波电路的输入电压进行积分，使其在一个周期内跟踪参考信号的电压值。它是一种典型实用的非线性控制技术，其特点是，在一个开关周期内，有效地抑制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，无论是稳态还是暂态，它都能保持受控量的平均值恰好等于或正比于给定值，在逆变电源中采用单周期控制技术，可以有效地克服传统电压反馈控制中的缺陷，同时也不必考虑电流模式控制中的人为补偿。

单周期控制技术的突出优点在于其无论在稳态还是在暂态情况下，都能保持受控量的平均值恰好等于或正比于控制参考信号，即能在一个周期内，有效地抵制电源侧的扰动，既没有静态误差也没有动态误差，动态响应快速，对输入扰动抑制能力强。开关变换器是脉冲式的非线性动态系统，大多数采取的控制方案是首先通过线性化控制方程逼近这个非线性动态系统，然后再采用线性反馈技术进行控制。这种方法限制了开关非线性系统的功能。而单周控制没有这种限制，因而得到了学术界的广泛认可，也成为了目前学者们研究的热点，这也成为选题的依据之一。

脉宽调制(PWM)逆变技术是实现逆变器输出正弦化的有效方法，其基本原理是采用一组不同宽度的脉冲序列来等效正弦波电压。PWM 控制技术的发展主要集中在4 个方面：（1）如何提高逆变器直流侧电压利用率；（2）在输出基波电压不变的前提下，如何尽可能消除谐波；（3）如何改善控制性能；（4）如何改变谐波频谱分布。然而，单周期控制与其它现有PWM控制方法相比，结构简单、响应速度快、稳定性好、可适应高精度、高速度和高抗干扰的控制要求，这对课题的研究具备很大的吸引力。目前来看，单周控制已在DC-DC变换器、功率因数校正、有源电力滤波器、逆变器、开关功率放大器、不间断电源、交流稳压电源、静止无功发生器以及功率放大和光伏电源最大功率点跟踪控制等诸多方面得到广泛应用。然而在国外，已有公司开始致力于将单周控制模块化并投入到商业运营。

第1章绪论

近年来，国内外主要针对于单周期控制变换器可行性、单周期控制变换器的建模和单周期控制变换器的稳态和动态性能方面进行研究，这也是本课题的研究趋势。

单周期控制作为一种新型的控制方式，由于响应速度快、自适应性强等特点，在各种电路拓扑中得到了广泛地应用。现阶段单周期控制基本上都是采用模拟控制的方式，需要通过模拟电路来实现一个可以快速复位的积分器和一个稳定的积分常数。采用数字控制自身的特点和优势来实现单周期控制可以很方便的实现积分复位和保证控制器的参数不随时间和环境的变化而变化。又可以充分利用数字控制在实时通讯和状态监测等方面的优势。

1.2 本文研究的主要内容

本文通过大量阅读相关文献，了解了单周期控制技术的基本原理与基本概念，并将其应用于单相全桥逆变电路中。通过对单相全桥逆变电路的基本原理的理解与对但周期控制技术的掌握，将二者结合起来，在双极性调制方式下实现对全桥逆变电路的单周期控制。之后通过掌握电力电子常用仿真软件——PSIM仿真软件，熟练使用后仿真实现单相空间矢量调制的单相全桥逆变器。

本文所要研究的主要内容如下：

（1）在绪论中，我们对本次设计课题的背景进行了概述，并对单周期控制技术的特点与研究现状做了详细的阐述。

（2）在第二章中，我们对单相全桥逆变器及单周期控制技术的基本原理进行了详细的论述与分析，了解到单周期控制方法实现简单，对单相全桥逆变器的输入输出扰动具有较强的鲁棒性，且动态响应速度快，在此逆变电路中采用单周期控制技术，可以有效地克服传统电压反馈控制中的缺陷，同时也不必考虑电流模式控制中的人为补偿，因此本次设计选择对单周期控制进行研究。

（3）第三章里我们对本次设计中主电路与控制电路的相关参数的计算给出了计算公式并进行了计算，并对所用到的器件进行了选型。

（4）在最后一章里我们利用了电力电子仿真软件PSIM进行了系统仿真工作，给出了相关波形，验证了单周期控制在单相全桥逆变器中的可行性。

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第2章 单相全桥逆变器单周期控制技术相关原理

2.1 引言

单周期控制是一种非线性控制技术，该控制方法的突出特点是：无论是稳态还是暂态，它都能保持受控量(通常为斩波波形)的平均值恰好等于或正比于给定值，即能在一个开关周期内，有效的抵制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，这种控制技术可广泛应用于非线性系统的场合，比如脉宽调制、谐振、软开关式的变换器等。下面介绍单周期控制技术在单相全桥逆变电路中的功能与应用。我们先由buck 变换电路的单周期控制为例来介绍基本原理内容。

2.2 单相全桥逆变器的基本原理

与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相连接时，称为无源逆变。本次毕业设计所选用的单相全桥逆变器为无源逆变电路。

L

C

R

s 1

s 2

s 3

s 4

E

V d

VD 1

VD 2

VD 3

VD 4

Uo

图2-1 单相全桥逆变电路

电路如图2-1所示, 直流侧为电压源，交流侧为阻感性负载，共有四个桥臂，可以看成两个半桥电路组合而成。每个桥臂都由一个IGBT 和与它反并联的二极管组成。当给IGBT 加关断信号时，IGBT 一定关断，但给IGBT 加导通信号时，IGBT 不一定就能导通，IGBT 是单向器件，能否导通取决于流过负载的电流是否与IGBT 的导通电流方向一致。如果一致，则IGBT 导通；如不一致，则对应的二极管导通。

第2章 单相全桥逆变器单周期控制技术相关原理

电压型全桥逆变电路的原理图如图2-1所示，它共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成的。把桥臂1和4作为一对，2和3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180度。其输出电压的波形为矩形波，其幅值Um=E 。

全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最为普遍的。前面分析的都是Uo 为正负电压各为180度的脉冲时的情况。在这种情况下，要改变输出交流电压的有效值，只能通过改变直流电压E 的大小来实现。

在阻感负载时，可以采用移相的方式来调节逆变电路的输出电压，这种调压方式叫做移相调压。移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在上图中，各个IGBT 的栅极信号仍为180度正偏，180度反偏，而且S1和S2的栅极信号互补，S3和S4的栅极信号互补，但S3的基极信号不是比S1落后180度，而是只落后λ（0﹤λ﹤180）。也就是说，S3和S4的栅极信号不是和S2与S1的栅极信号同相位，而是前移了180—λ。这样一来，输出电压就不再是正负各为180度的脉冲，而是正负各为λ的脉冲。

各IGBT 栅极信号UG1~UG4及输出电压Uo 、输出电流Io 的波形图如图2-2所示。下面我们对它的工作过程进行一下具体分析。

UG1

UG2

UG3

UG4

Uo io

Uo

io

t1

t2

t3

λ

o

o

o

o

o

t

t

t

t

t

图2-2 单相全桥逆变电路的移相调压方式波形图

设在t1时刻前S1和S4导通，输出电压为E ，t1时刻S3和S4栅极信号反向，

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S4截止，而因为负载电感中的电流不能突变，S3不能立刻导通，VD3导通续流。因为S1和VD3同时导通，所以输出电压为零。到t2时刻S1和S2栅极信号反向，S1截止，而S2不能立刻导通，VD2导通续流，和VD3构成电流通道，输出电压为-E。到负载电流过零并开始反向时，VD2和VD3截止，S2和S3开始导通，输出电压Uo仍为-E。t3时刻S3和S4栅极信号再次反向，S3截止，而S4不能立刻导通，VD4导通续流，输出电压再次为零。以后的过程和前面类似。这样，输出电压的正负脉冲宽度就各为λ。改变λ的值，就可以调节输出电压了。

2.3 单周期控制在buck变换器中的应用实例

2.3.1 基本buck变换器

假定输入电压为Vg开关频率为常数。当开关S导通时，二极管D截止，其两端电压Vd等于直流输入电压Vg，即Vg=Vd：当开关管S关断时，二极管D 导通，其两端电压Vd=0。因此，输入电压经开关管S斩波后获得开关变量Vd，其平均电压Vd为：

V g S L

C R

D

图2-3 buck变换器

dt

v

T

dt

v

T

V s

s

dT

g

s

T

d

s

d

.

1

.

1

?

?=

=

（2-1）

由L、C组成的低通滤波器将开关变量Vd传输给输出端获得稳态直流电

第2章单相全桥逆变器单周期控制技术相关原理

压，同时滤除大部分不理想的高频成分。由于电感没有稳态直流压降，因此，输出电压V o等于开关变量Vd的平均值，则通过调节占空比d就可以调节输出电压的大小。

2.3.2 单周期控制

如果采用单周期控制技术，便可以有效的克服传统电压反馈控制中的缺陷，同时也不必考虑电流模式控制中的人为补偿。图2-4所示为单周期控Buck 变换器原理图。

假定开关频率为Fs=1/Ts为常数。电路开始工作时，由D触发器产生恒定频率的开关脉冲，开通开关S，二极管D两端的电压Vd经积分器开始积分(初始状态为零)，当积分器输出电压Vint达到给定值Vref时，比较器输出翻转，触发器发出关断信号关断开关S，与此同时，触发器发出的复位信号使实时积分器复位为零，为下一周期做准备。由上面分析，不难得出下式：

Vg

S

L

C

R

D

-

+

-

+

Vint

积分器

比较器

+

Vo

-Q

Q

S

E

T

C

L

R

S R

Clock

复位

图2-4 buck变换器单周期控制原理框图

燕山大学本科生毕业设计（论文） r e f

dT g s

T d s

d V dt v T dt v T V s

s

==

=

?

?

.1.10

（2-2）

如果给定参考信号Vref 为常数，则二极管两端的平均电压Vd 就为常数，从而输出电压V o 就为常数。如图5所示。压Vint 的斜率直接反映了输入电压Vg 的变化。当输入侧电压升高，Vint 的上升斜率就陡，这样积分值Vint 达到给定信号Vref 的时间就比较短，从而占空比d 就比较小；反之，当输入电压降低时，积分值Vint 达到给定信号Vref 的时间就比较长，占空比d 就相对较大。

Vg

Vd=Vref

Vint

t

t

图5 给定信号为常数时的调节过程

Vg

图2-5 二极管电压积分值随Vref 变化曲线

如果给定信号Vref 是时间变量的函数时，二极管的平均电压也会实时跟踪时间变量给定信号的变化。如图6所示是当给定信号Vref 以正弦的规律变化时，二极管两端电压的积分值也会实时跟踪给定参考电压Vref 的变化。在单周期控制中，占空比d 由下式决定：

r e f

dT g s

V dt v T s

=?

.1

（2-3）

由上式可知，占空比d 是输入电压Vg 和给定参考电压Vref 的非线性函数。采用这种非线性控制，使得Vd 电压的平均值在每一开关周期内都与Vref 完全相同，并且与输入电压Vg 的大小无关。这样，输出电压V o 就是给定信号Vref 的线性函数，可以用下式来表示：

单相逆变器并网工作原理分析与仿真设计

第2章 基于定频积分的逆变器并网控制 2.1 引言 本章探索了一种基于定频积分控制的可选择独立工作和并网运行两种工作模式的光伏逆变器控制方案，对其工作原理以及并网电流纹波影响因素进行了理论分析，推导了控制方程，并给出了计算机仿真分析结果。 2.2 逆变器并网控制系统总体方案设计 如本文第一章所述，并网型逆变器主要应用在可再生新能源并网发电技术中，因此，对逆变器并网控制方案的研究也必须结合新能源发电的特点，达到最大限度的利用可再生资源。作者设计了一种既可以控制逆变器工作在并网送电状态，又可以控制逆变器工作在独立带载状态的逆变器并网控制系统。逆变器的具体工作模式由工作场合和用户需求决定，系统具有多功能。 本系统采用以定频积分为核心的控制方案。逆变器并网工作时采用基于定频积分的电流控制方案；独立工作时，在并网电流控制方案的基础上加入电压PI 外环，实现输出电压控制。定频积分控制不仅将并网输出电流控制和独立输出电压控制有机地融合在一起，而且使系统在两种工作模式下都具有良好的性能。 2.3 定频积分控制的一般理论 所谓定频积分控制是指保持电路工作的开关频率S f 不变，而通过积分器和 D 触发器来控制开关器件在每个周期的导通时间on T 和关断时间off T 。图2-1所示为定频积分控制的一般原理图。 定频积分控制是基于单周期控制的一种控制方法[43~45]。单周期控制是一种非线性控制技术， 该控制方法的突出特点是：无论是稳态还是暂态，它都能保持受控量(通常为斩波波形)的平均值恰好等于或正比于给定值，即能在一个开关周期，有效的抵制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，这种控制技术可广泛应用于非线性系统的场合，比如脉宽调制、谐振、软开关式的变换器等。下面具体从理论上分析基于单周控制的定频积分控制的一般原理和特点。

(完整版)单相光伏并网逆变器的研究40本科毕业设计41

单相光伏并网逆变器的研究

轮机工程学院

摘要 能源危机和环境问题的不断加剧，推动了清洁能源的发展进程。太阳能作为一种清洁无污染且可大规模开发利用的可再生能源，具有广阔应用前景。并且伴随“智能电网”理论的兴起，分布式电力系统正日益受到关注，光伏逆变系统作为分布式电力系统的一种重要形式，使得对该领域的研究具有重要的理论与现实意义。 论文在分析光伏逆变系统发展现状与研究热点的基础上，探讨了光伏逆变系统的主要关键技术，对直接影响光伏逆变系统的工作效率以及工作状态的最大功率点跟踪控制、光伏逆变器控制等技术进行了详细研究。 为研究光伏逆变系统，本文建立了一套完整的光伏逆变系统模型，主要包括光伏电池模块，前级DCDC变换器，后级DCAC逆变器，以及相应的控制模块。为了提高系统模型的准确性及稳定性，论文设计了一种输出电压随温度光照改变的光伏电池模型，提出了一种基于Boost 升压变换器的最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并且将正弦脉冲宽度调制技术（SPWM）应用于逆变器控制。最后在MatlabSimulink软件环境下搭建了光伏逆变系统的整体模型，完成系统性的实验验证。 经过仿真实验验证，所提出的光伏逆变系统设计方案正确可行，且输出达到了设计要求，为进一步实现并网功能提供了条件，具有较高的实用参考价值。 关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；光伏逆变系统；正弦脉冲调制技术

ABSTRACT With intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy . The solar energy because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System . As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field. This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which work efficiency and work condition and technology of PV inverter. In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DCDC converter and DCAC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper

光伏并网逆变器控制与仿真设计

光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻

电压型单相全桥逆变电路

1.引言 逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。 当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电，u o的波形如图7.4(b)所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1

实现了直流电到交流电的逆变。 2. 电压型单相全桥逆变电路 它共有4个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通180°。 输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。 改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压U d来实现。 输出电压定量分析 u o成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 ? ? ? ? ? + + + = t t t U uω ω ω π 5 sin 5 1 3 sin 3 1 sin 4 d o d d o1m 27 .1 4 U U U= = π d d 1o 9.0 2 2 U U U= = π

当u o为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变U d 来实现 可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。 各栅极信号为180o正偏，180o反偏，且T1和T2互补，T3和T4互补关系不变。T3的基极信号只比T1落后q ( 0

毕业设计-单相光伏并网逆变器的控制原理及电路实现

第一章绪论 1.1 光伏发电背景与意义 作为一种重要的可再生能源发电技术，近年来，太阳能光伏(Photovoltaie，PV)发电取得了巨大的发展，光伏并网发电已经成为人类利用太阳能的主要方式之一。目前，我国已成为世界最大的太阳能电池和光伏组件生产国，年产量已达到100万千瓦。但我国光伏市场发展依然缓慢，截至2007年底，光伏系统累计安装100MWp，约占世界累计安装量的1％，产业和市场之间发展极不平衡。为了推动我国光伏市场的发展，国家出台了一系列的政策法规，如《中华人民共和国可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源十一五发展规划》等。这些政策和法规明确了太阳能发电发展的重点目标领域。《可再生能源中长期发展规划》还明确规定了大型电力公司和电网公司必须投资可再生能源，到2020年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例要达到3％以上。对于这一目标的实现，光伏发电无疑会起到非常关键的作用。 当下，我国地方和企业正积极共建兆瓦级以上光伏并网电站，全国已建和在建的兆瓦级并网光伏电站共11个（2008年5月前估计），典型的如甘肃敦煌10MW 并网光伏特许权示范项目，青海柴达木盆地的1000MW大型荒漠太阳能并网电站示范工程，云南石林166MW并网光伏实验示范电站。可以预见，在接下来的几年里，光伏并网发电市场将会为我国摆脱目前的金融危机提供强大的动力，光伏产业依然会持续以往的高增长率，光伏市场的前景仍然令人期待。光伏并网发电系统是利用电力电子设备和装置，将太阳电池发出的直流电转变为与电网电压同频、同相的交流电，从而既向负载供电，又向电网馈电的有源逆变系统。按照系统功能的不同，光伏并网发电系统可分为两类：一种是带有蓄电池的可调度式光伏并网发电系统；一种是不带蓄电池的不可调度式光伏并网发电系统。典型的不可调度式光伏并网发电系统如图1-1所示。

三相光伏并网逆变器的设计

三相光伏并网逆变器的设计毕业设计开题报告 1 选题的目的和意义 随着社会生产的曰益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。存阳光充足时，太阳能发出的电可供使用，而不使用市网电；在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。 光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了闸述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。 2 本选题的国内外动向 太阳能光伏并网发电始于20世纪80年代，由于光伏并网逆变器在并网发电中所起的核心作用，世界上主要的光伏系统生产商都推出了各自商用的并网逆变器产品。这些并网逆变器在电路拓扑、控制方式、功率等级上都有其各自特点，其性能和效率也参差不齐。目前在国内外市场上比较成功的商用光伏并网逆变器主要有以下几种： 1．德国SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆变器艾思玛太阳能技术股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆变器第一大生产供应商，并引领着全球光伏领域的技术创新和发展。该公司推出的Sunny Boy系列光伏组串逆变器是目前为止并网光伏发电站最成功的逆变器，市场份额高达60％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器

单相全桥逆变电路原理

单相全桥型逆变电路原理 电压型全桥逆变电路可瞧成由两个半桥电路组合而成,共4个桥臂,桥臂1与4为一对,桥臂2与3为另一对,成对桥臂同时导通,两对交替各导通180° 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形与半桥 电路的波形uo 形状相同,也就是矩型波,但幅值 高出一倍,Um=Ud 输出电流io 波形与半桥电路的io 形状相同,幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间,分别对应VD1与VD4、V1与V4、VD2与VD3、V2与V3相继导通的区间 + - VD 3 VD 4

单相半桥电压型逆变电路工作波形 全桥逆变电路就是单相逆变电路中应用最多的, 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数,得 其中基波幅值Uo1m 与基波有效值Uo1分别为 上述公式对半桥逆变电路也适用,将式中的ud 换成Ud /2 uo 为正负电压各为180°的脉冲时,要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 d d o1m 27.14U U U == π d d 1o 9.022U U U == π O ON u o U - U m i o VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o

t 1时刻前V 1与V 4导通,输出电压u o 为u d t 1时刻V 3与V 4栅极信号反向,V 4截止,因i o 不能突变,V 3不能立即导通,VD 3导通续流,因V 1与VD 3同时导通,所以输出电压为零 各 IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u u i o o ? 各IGBT 栅极信号为180°正 偏,180°反偏,且V 1与V 2栅极信号互补,V 3与V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不就是比V 1落后 180°,而就是只落后θ ( 0< θ <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 采用移相方式调节逆变电路的输出电压

电压型逆变器

电压型逆变电路[浏览次数：约247次] ?电压型逆变电路是指由电压型直流电源供电的逆变电路。它的直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源，直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。电压型 逆变电路主要应用于各种直流电源。 目录 ?电压型逆变电路种类 ?电压型逆变电路原理 ?电压型逆变电路特点 电压型逆变电路种类 ?1、单相电压型逆变电路 （1）单相半桥电压型逆变电路 优点：简单，使用器件少 缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡 （2）单相全桥电压型逆变电路，由两个半桥电路的组合，是单相逆变电路中应用最多的。 （3）带中心抽头变压器的逆变电路 2、三相电压型逆变电路 三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路，应用最广的是三相桥式逆变电路。 电压型逆变电路原理 ?以三相电压型逆变电路为例：图1是一个三相电压型逆变电路的主电路。直流电源采用相控整流电路，由普通晶闸管组成。逆变电路由6个导电臂组成,每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件及反并联二极管组成，所以实际上也是一种全控型逆变电路。负载为感性，星形接法，在整流电路和逆变电路之间并联大电容Cd。由于Cd的作用，逆变入端电压平滑连续，直流电源具有电压源性质。

逆变电路中各全控器件控制极电压信号的时序如图2b所示。信号脉宽为180°，每隔60°有一次脉冲电平的变化，任何时刻有3个脉冲处于高电平。相应地在主电路中也有3个导电臂处于导通状态。 依此类推，可得uAO波形如图2c所示。其他两相uBO和uCO波形分别滞后于uAO120°和240°。根据uAB＝uAO－uBO，可得uAB波形如图2e所示。由图可见，逆变电路输出电压uAB、uBC和uCA是分别互差120°的交变四阶梯波。该波形不随负载而

单相光伏逆变器

小功率光伏并网逆变器控制的设计 摘要：阐述了一种小功率光伏并网逆变器的控制系统。该光伏并网逆变器由DC/DC变换器与DC/AC变换器两部分组成，其中DC/DC 变换器采用芯片SG3525来控制，DC/AC变换器采用数字信号处理器TMS320F240来控制。由于DSP实时处理能力极强，采用合适的算法能确保逆变电源的输出功率因数非常接近1，输出电流为正弦波形。该控制方案已经在实验室得到验证。 1 引言 21世纪，人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。在有限资源和保护环境的双重制约下能源问题将更加突出，这主要体现在：①能源短缺；②环境污染；③温室效应。因此，人类在解决能源问题，实现可持续发展时，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，成为理想的替代能源。文中阐述的功率为200W太阳能光伏并网逆变器，将太阳能电池板产生的直流电直接转换为220V/50Hz的工频正弦交流电输出至电网。 2 系统工作原理及其控制方案 2.1 光伏并网逆变器电路原理

太阳能光伏并网逆变器的主电路原理图如图1所示。在本系统中，太阳能电池板输出的额定电压为62V的直流电，通过DC/DC 变换器被转换为400V直流电，接着经过DC/AC逆变后就得到220V/50Hz的交流电。系统保证并网逆变器输出的220V/50Hz正弦电流与电网的相电压同步。 图1 电路原理框图 2.2 系统控制方案 图2为光伏并网逆变器的主电路拓扑图，此系统由前级的DC/DC 变换器和后级的DC/AC逆变器组成。DC/DC变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式。考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，而采用全桥式则控制复杂、开关管功耗增大，因此这里采用推挽式电路。DC/DC变换器由推挽逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电感构成，它将太阳能电池板输出的62V的直流电压转换成400V的直流电压。

逆变器的分类和主要技术性能评价

逆变器的分类和主要技术性能评价 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 1、按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为 50～60Hz的逆变器；中频逆变器的频率一般为 400Hz到十几KHz；高频逆变器的频率一般为十几KHz到MHz。 2、按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。 3、按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 4、按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 5、按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变器等。又可将其归纳为"半控型"逆变器和"全控制"逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为"半控型"普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为"全控型"，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（IGBT）等均属于这一类。 6、按直流电源分，可分为电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器（CSI）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。 7、按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 8、按逆变器控制方式分，可分为调频式（PFM）逆变器和调脉宽式（PWM）逆变器。 9、按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。 10、按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 逆变器的主要技术性能及评价选用 一、技术性能 1、额定输出电压 在规定的输入直流电压允许的波动范围内，它表示逆变器应能输出的额定电压值。对输出额定电压值的稳定准确度一般有如下规定： （1）在稳态运行时，电压波动范围应有一个限定，例如其偏差不超过额定值的±３％或±５％。 （2）在负载突变（额定负载 0％→50％→100％）或有其他干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不应超过额定值的± 8％或±10％。 2、输出电压的不平衡度 在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡度（逆序分量对正序分量之比）应不超过一个规定值，一般以％表示，如 5％或 8％。 3、输出电压的波形失真度 当逆变器输出电压为正弦度时，应规定允许的最大波形失真度（或谐波含量）。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值不应超过 5％（单相输出允许 10％）。 4、额定输出频率 逆变器输出交流电压的频率应是一个相对稳定的值，通常为工频 50Hz。正常工作条件下其偏差应在±1％以内。

第五章--单相并网逆变器

第5章单相并网逆变器 后级的DC- AC部分，采用单相全桥逆变电路，将前级 DC- DC输出的400V 直流电转换成220V/50Hz 正弦交流电，完成逆变向电网输送功率。光伏并网逆变器实现并网运行必须满足要求：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相（单位功率因数），而且其输出还应满足电网的电能质量要求，这些都依赖于逆变器的有效并网控制策略。 光伏并网逆变器拓扑结构 按逆变器主电路的拓扑结构分类，主要有推挽逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器。 5.1.1推挽式逆变电路 推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关元件和一个原边带有中心抽头的升压变压器组成。它结构简单，两个功率管可共同驱动，两个开关元件的驱动电路具有公共地，这将简化驱动电路的设计。 U 图5-1 推挽式逆变器电路拓扑 推挽式电路的主要缺点是很难防止输出变压器的直流饱和，另外和单电压极性切换的全桥逆变电路相比，它对开关器件的耐压值也高出一倍。因此适合应用于直流母线电压较低的场合。此外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。推挽式逆变器拓扑结构如图5-1 所示。 5.1.2半桥式逆变电路 } 半桥式逆变电路使用的功率开关器件较少，电路结构较为简单，但主电路的交流输出电压幅值仅为输入电压的一半，所以在同等容量条件下，其功率开关的额定电流要大于全桥逆变电路中功率元件额定电流，数值为全桥电路的2 倍。由于分压电容的作用，该电路具有较强的抗电压输出不平衡能力，同时由于半桥

式逆变电路控制较为简单，且使用元件少、成本低，因此在小功率等级的逆变电源中常被采用。其主要缺点是直流侧电压利用率低，在同样的开关频率下电网电流的谐波较大。 图5-2 半桥式逆变器电路拓扑 5.1.3全桥式逆变电路 全桥逆变电路可以认为是由2 个半桥逆变电路组成的，在单相电压型逆变电路中是应用最多的电路，主要用于大容量场合。在相同的直流输入电压下，全桥逆变电路的最大输出电压是半桥式逆变电路的2 倍。这意味着输出功率相同时，全桥逆变器的输出电流和通过开关元件的电流均为半桥式逆变电路的一半。 本文采用的是单相全桥式逆变器，其拓扑结构如图5-3 所示，它结构简单且易于控制，在大功率场合中广为应用，可以减少所需并联的元件数。其不足是要求较高的直流侧电压值。 图5-3 单相全桥逆变器电路拓扑 光伏并网逆变器的控制 光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种方法。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联大电感提供稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式，即电压型逆变器。采用电压型逆变主电路，可以实现有源滤波和无功补偿的控制，在实际中已经得到了广泛的研究和应用，同时可以有效地进行光伏发电、提高供电质

并网逆变器电流控制方法

并网逆变器的电流控制方法陈敬德，1140319060；杨凯，1140319070；指导老师：王志新（上海交通大学电气工程系，上海，200240） 摘要：并网逆变器是光伏发电系统的一个核心部件，其控制技术一直是研究的热点。其使用的功率器件属于电力电子设备，它们固有特性会对系统产生不利的影响，为了防止逆变器中的功率开关器件处于直通状态，通常要在控制开关管的驱动信号中加入死区，这给逆变器输出电压带来了谐波，对电网的电能产生污染。本文对传统的控制方法重复控制、传统的PI控制、dq轴旋转坐标控制、比例谐振控制进行了总结分析，并比较了它们的优缺点。 关键词：并网逆变器，重复控制，传统的PI控制，dq轴旋转坐标控制，比例谐振控制 0引言 随着现代工业的迅速发展，近年来全球范围内包括煤、石油、天然气等能源日益紧缺，全球将再一次面临能源危机，同时，这些燃料能源的应用对我们所生活的周围环境产生了严重的影响。环境问题受到了人们的广泛关注，为了解决能源紧缺以及环境污染问题，寻找可再生能源是解决这一问题的有效方式。太阳能因其清洁，无污染的优势受到了人们的青睐，太阳能光伏发电是目前充分利用太阳能资源的主要方式之一。太阳能发电主要有单独运行和并网运行两种模式，其中并网运行发展速度越来越快，应用的规模也愈来愈大[1]。逆变器是光伏发电系统中的关键部件，逆变器的工作原理是通过IGBT、GTO、GTR等功率开关管的导通和关断，把直流蓄电池电能、太阳能电池能量等变换为电能质量较高的交流电能，可以把它看成是一种电能转换设备。功率开关管的开关频率一般都比较高，因此利用它们进行电能转换的效率也比较高，但有一个很大的缺点是由它们组成的逆变系统的输出电能却不理想，其输出的波形中包含了很多对电能质量产生不利的方波，而很多场合都要求其输出的是一定幅值和频率的正弦波，所以要寻找更好的控制策略来提高逆变器的电能质量，让其输出各项性能指标都满足要求的波形。目前所用的逆变器可以分为以下两类：一类是恒压恒频逆变器，这类逆变器在各种电源持续供电的领域应用广泛，它能够输出电压幅值和频率都是特定值的交流正弦波，简称CVCF 逆变器。第二类是变压变频逆变器，这种逆变器主要用在电动机的调速系统中，它能够输出特定的幅值电压和频率，简称VVVF 逆变器[2]。 本文将对并网逆变器的几种常见控制方法进行总结，如传统的PI控制、基于dq 旋转坐标系的控制、重复控制及比例谐振控制。给出了框图和数学模型，并指出了它们各自的优缺点。 1重复控制 1.1重复控制思想 重复控制是基于内模原理的一种控制方法。所谓内模原理，即在一个闭环调节系统中，在其反馈回路中设置一个内部模型，使该内部模型能够很好的描述系统的外部特性，通过该模型的作用可使系统获得理想的指令跟踪特性，具有很强的抗干扰能力

单相全桥逆变器matlab仿真

用MATLAB 仿真一个单相全桥逆变器，采用单极性SPWM 调制、双极性SPWM 调制或者单极倍频SPWM 调制的任意一种即可，请注明仿真参数，并给出相应的调制波波形，载波波形，驱动信号波形、输出电压（滤波前）波形。 本文选用双极性SPWM 调制。 1双极性单相SPWM 原理 SPWM 采用的调制波的频率为s f 的正弦波t U U s sm S ωsin =，s s f πω2=；载波c u 是幅值为cm U ，频率为c f 的三角波。载波信号的频率与调制波信号的频率之比称为载波比，正弦调制信号与三角波调制信号的幅值之比称为深度m 。通常采用调制信号与载波信号相比较的方法生成SPWM 信号.当Us>Uc 时，输出电压Uo 等于Ud,当Us

IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计.

电子技术课程设计 说明书 IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路 设计 学生姓名： 学号： 学 院： 专 指导教师： 2013年01月 XXX 1005044245 信息与通讯工程学院 电气工程及其自动化

中北大学 电子技术课程设计任务书 2012/2013 学年第一学期 学院：信息与通讯工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：胡定章学号： 1005044245 课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计 起迄日期: 12月24日~ 01月4 日 课程设计地点:电气工程系软件实验室 指导教师:石喜玲 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日

课程设计任务书

课程设计任务书

目录 1 引言 (1) 2 工作原理概论 (1) 2.1 IGBT的简述 (1) 2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型 (2) 2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 (2) 3 主电路设计及参数选择 (3) 3.1 主电路仿真图 (3) 3.2参数设置及计算 (3) 3.2.1参数设置 (3) 3.2.2计算 (3) 3.2.3设置主电路 (4) 4 仿真电路结果的分析 (5) 4.1 仿真电路图 (5) 1.1.14.1.1 触发电平与负载输出波的波形图 (5) 4.1.2 IGBT电流电压波形图 (6) 4.2 仿真波形分析 (6) 5 总结 (7) 参考文献 (7)

2引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电 路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实 生活中有很广泛的应用。 3工作原理概论 2. 1 IGBT的简述 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。它是一种典型的全控器件。它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C 和发射极E。它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。其等效电路和电气符号如下： 图1 IGBT等效电路和电气图形符号 它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压错误！未找到引用源。所决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻错误！未找到引用源。减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当山脊与发射极间施加反向电压或不加信

逆变器的基本知识

浅谈光伏发电系统用逆变器的基本知识 逆变器的概念 通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。 现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（ＰＷＭ）技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术３大部分。 逆变器的分类 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 １．按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为５０～６０Ｈｚ的逆变器；中频逆变器的频率一般为４００Ｈｚ到十几ｋＨｚ；高频逆变器的频率一般为十几ｋＨｚ到ＭＨｚ。 ２．按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。３．按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 ４．按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 ５．按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）逆变器等。又可将其归纳为“半控型”逆

变器和“全控制”逆变器两大类。前者，不具备自关断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为“半控型”普通晶闸管即属于这一类；后者，则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为“全控型”，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（ＩＧＢＴ）等均属于这一类。 ６．按直流电源分，可分为电压源型逆变器（ＶＳＩ）和电流源型逆变器（ＣＳＩ）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输也电流为交变方波。 ７．按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 ８．按逆变器控制方式分，可分为调频式（ＰＦＭ）逆变器和调脉宽式（ＰＷＭ）逆变器。 ９．按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。 １０．按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 逆变器的基本结构 逆变器的直接功能是将直流电能变换成为交流电能 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。 该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可能通过改变一个电压信号来调节。产生和调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。逆变装置的基本结构，除上述的逆变电路和控制电路外，还有保护电路、输出电路、输入电路、输出电路等，如图２所示。 逆变器的工作原理。

电流源型单相全桥逆变电路

电流源型单相全桥逆变电路的设计 摘要 本次设计说明书首先介绍了电流源型单相全桥逆变电路的特点和原理，用单相桥式电流型逆变电路的原理图说明了该电路是采用负载换相方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，又详细分析该电路的工作过程，并用图给出该逆变电路的工作波形。最后根据以上分析运用仿真软件PSIM对电路进行仿真设计，得到波形图。 关键词：电流源型单相电路，逆变电路，PSIM仿真 ' 目录

. 1.电流源型单相全桥逆变电路研究-----------------------------------------3 逆变电路介绍----------------------------------------------------3 电流型逆变电路的主要特点----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路----------------------------------------3 电流源型单相全桥逆变电路工作过程--------------------------------4 2.电流源型单相全桥逆变电路设计------------------------------------------7 电路设计原理----------------------------------------------------7 电路仿真图------------------------------------------------------7 3.参数设定及仿真结果----------------------------------------------------8 直流侧仿真------------------------------------------------------8 ) 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------8交流侧仿真------------------------------------------------------8 参数设定-------------------------------------------------8 仿真结果-------------------------------------------------9 4.小结------------------------------------------------------------------9 5.参考文献--------------------------------------------------------------10 :

电压型逆变器电流型逆变器的区别

论文摘要：在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求，为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。 下述问题涉及电流型逆变器内部结构，以串联二极管式电流型逆变器为讨论对象。对异步电动机的从逆变器元件的选择对电机参数的要求。 串联二极管式电流型逆变器的品闸管和隔离二极管可以确定耐压值。可以看到，在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求。另外，二极管换流阶段的持续时间可确定。为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。因而，电流型逆变器要求异步电动机有尽可能小的漏感上。这一点正好与电压型逆变器对异步电动机的要求相反。在功率半导体器件耐压已知的情况下，应合理地选择电动机，以减小换流电容器的电容量。 从电动机运行的安全可靠性对电动机材料的要求，电动机在电流型逆变器供电的运行过程中，由干每次换流在电压波形中产生尖峰。这个尖峰在数值上等于I,差加千正线电势波形之上。因此，电动机在运行过程中实际承受的最高电压，于电动机额定线电压的峰值。为了电动机安全地运行，应适当加强其绝缘。由于电流矩形波对电动机供电在电动机内造成谐波损耗，逆变器在高于50赫的情况下运行时，电动机的损坏也有所增加。为了不致因电机效率过低和温升过高造电动机过热而损坏，应适当降低电动机铜铁材料的电负荷。在运行频率较高的情况下，应注意降低电动机的机械损耗和铁耗。 起动转矩和避免机振对电动机结构的要求。电动机低频起动时，起动转矩的平均值和转矩的波动率。起动转矩在某频率时具有最大值。它取决于电动机参数。当频率低于出现最大起动转矩的数值时，转矩的波动率急剧增加。因此，应根据运行要求和特性等决定最佳起动频率或电动机参数。此外，即使在逆变器对电动机供电的正常运行情况下，转矩波形中也含有六倍于逆变器输出频率的脉动转矩。为了避免这种脉动转矩造成的机械系统谐振，应使机械系统的谐振频率与逆变器运行频率范围的六倍相互错开。 对于功率半导体器件的要求。在串联二极管式电流型逆变器中，在触发一个晶闸管，用电容电压关断另一晶闸管以后争由恒流对电容器反向充电。由于电容电压过零需要一段时间，这就保证被关断晶闸管有较长的承受反压的时间。如果说，电压型逆变器对于晶闸管元件的关断时间有较高的要求(郎要求使用快速晶闸管)，那末电流型逆变器由于承受反压的时间较长，因而可以使用普通晶闸管元件。在换流过程中以谐振造成了电压尖峰，因此要求晶闸管元件和隔离二雌有较高的耐压值。 换流浪涌电压吸收回路。在正弦电势波形上迭加的尖峰电压，是由于换流过程中电动机释放漏感贮能所产生的。特别是在运行频率较高的场合，在为了缩短换流时间而选择较小的换流电容值的情况下，换流浪涌过电压就更加严重。浪涌电压将直接威胁功率半导体器件和电动机的安全运行。为了减小这种影响，可以在逆变器输出端，与负载电动机并联一个换流浪涌电压吸收回路(也称为电压箝位器)，如采用电压箝位器以后，逆变器的输出电压和输出电流波形如逆变器输出电压的尖峰可以限制在正弦电势峰值的(11~12)倍以内。有源逆变器型式，可以使箝位电压保持一定。 逆变器运行的可靠性问题。在逆变器的直流侧设有乎波大电感上，在电流闭环的作用下，可以有效地限制故障电流，即使在逆变器换流失败或短路的情况下，也不会造成大电流而损坏元件，因此，电流型逆变器的卫作是可靠的。 能够实现电能再生。在电动机降频减速时，系统能自动地运行于再生状态，可把机械能有效地转变为电能，并缩短电动机的减速时间。此时，逆变器与整流器直流侧电压的极性反号，而电流的流向保持不变，功率由电动机经逆变器和整流器流向交流电源，实现再生制动。因此，电流型逆变器能够方便地实现四象限运行，其动态特性好，容易满足快速及可逆系统的要求。 使用电流型逆变器除了用于要求电变频调速的系统以外，近年来在下述两个方面受到较大的关注。(1)用于泵、风机、增压机等机械的节能。过去这些机械常用恒频的交流电机拖动，在流量、压力要求变化时，用调节阀门的蘐芸方法以满足要求。这样，就白白地浪费了大量的电能。电流型逆变器因有许