光伏并网逆变器母线电容纹波电流改善论文
光伏并网逆变器母线电容纹波电流改善论文
【摘要】本文推导了逆变器母线电容纹波电流的解析表达式，得到影响电容纹波电流大小的参数，为逆变器设计时电容的选型提供了参考依据。为验证理论推导的有效性，利用仿真软件进行了仿真，结果与理论值吻合。
1.引言
光伏发电具有可再生、清洁等特点，是应对能源紧缺，保障能源供给安全及应对气候变化的一个有效途径，光伏并网逆变器目前已得到广泛应用。典型的光伏并网逆变器拓扑如图1所示：
逆变器的中间直流母线处有储能滤波环节，一般采用大容量的电解电容。其主要作用是缓冲电网与负载的能量交换，吸收纹波电流，稳定母线电压，抑制负载突变造成的直流母线电压大幅度的波动，使系统输出更加稳定。当电容的纹波电流过大，超过电容的承受能力时，会造成电容温度过高，严重影响其工作寿命。因此，直流母线的电容纹波电流是决定电源稳定工作的关键因素之一。
电容的纹波电流受输入输出变化及控制方式等多种因素影响，本文在简化模型的基础上，结合控制方式的特点，推导出电容纹波电流的表达式，对光伏逆变器的设计具有指导借鉴作用。
2.母线电容纹波电流计算
2.1调制方式
为简化模型，只对逆变器的后级进行分析。逆变器采用常用的七段式SVPWM调制方式。调制比m为
详细解析电源滤波电容的选取与计算
电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ． 因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为10nＨ左右，取决于需要接地的频率。 采用电容滤波设计需要考虑参数： ESR ESL 耐压值 谐振频率
滤波电容的选型与计算(详解)
电源滤波电容的选择与计算 电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ． 因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频 率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为
变频器直流母线电容纹波电流计算方法
变频器直流母线电容纹波电流计算方法 各类电动机是我们发电量的主要消耗设备，而变频器作为电动机的驱动装置成为当前“节能减排”的主力设备之一。它一方面可以起到节约能源消耗的作用，另一方面也可以实现对原有生产或处理工艺过程的优化。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。 使用电解电容器的作用主要有以下几个： （1）补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差； （2）提供逆变器开关频率的输入电流； （3）减小开关频率的电流谐波进入电网； （4）吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量； （5）提供瞬时峰值功率； （6）保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击。 电解电容器设计选型所需要考虑的主要因素有以下几个：电容器的电压、电容器量、电容器的纹波电流、电容器的温升与散热、电容器的寿命等等。这些因素对变频器满足要求的平均无故障时间（mtbf）十分重要。然而电解电容器的纹波电流的计算如何能明确给出计算依据，这是本文所要解决的问题。 直流母线电容纹波电流的计算 纹波电流指的是流过电解电容器的交流电流，它使得电解电容器发热。纹波电流额定值的确定方法是在额定工作温度下规定一个允许的温升值，在此条件下电容器符合规定的使用寿命要求。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大。但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性，当纹波电流超过额定值，纹波电流所引起的内部发热每升高5℃，电容器器的寿命将减少50%。因此当要求电容器器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。 但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入输出各物理量变化以及控制方式等的影响很难直接计算得到，一般多采用根据实际经验估算大小，如每μf电容器要求20ma纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算[3～6]。 本文根据对变频器电路拓扑与开关调制方式的分析，并借鉴已有文献资料，归纳出一个直接的计算电解电容器纹波电流的方法，供大家参考。
变频器中直流母线电容的纹波电流计算
變頻器中直流母線電容的紋波電流計算 1 引言 各類電動機是我們發電量的主要消耗設備，而變頻器作為電動機的驅動裝置成為當前“節能減排”的主力設備之一。它一方面可以起到節約能源消耗的作用，另一方面也可以實現對原有生產或處理工藝過程的優化。目前應用最多也最廣的是交-直-交電壓型變頻器，即中間存在直流儲能濾波環節，一般採用大容量電解電容器實現此功能。 使用電解電容器的作用主要有以下幾個[1]： （1）補償以電源頻率兩倍或六倍變化的逆變器所需功率與整流橋輸出功率之差； （2）提供逆變器開關頻率的輸入電流； （3）減小開關頻率的電流諧波進入電網； （4）吸收急停狀態時所有功率開關器件關斷下的電機去磁能量；（5）提供暫態峰值功率； （6）保護逆變器免受電網暫態峰值衝擊。 電解電容器設計選型所需要考慮的主要因素有以下幾個：電容器的電壓、電容器量、電容器的紋波電流、電容器的溫升與散熱、電容器的壽命等等。這些因素對變頻器滿足要求的平均無故障時間（MTBF）十分重要。然而電解電容器的紋波電流的計算如何能明確給出計算依據，這是本文所要解決的問題。
2 直流母線電容紋波電流的計算 紋波電流指的是流過電解電容器的交流電流，它使得電解電容器發熱。紋波電流額定值的確定方法是在額定工作溫度下規定一個允許的溫升值，在此條件下電容器符合規定的使用壽命要求。當工作溫度小於額定溫度時，額定紋波電流可以加大。但過大的紋波電流會大大縮短電容器的耐久性，當紋波電流超過額定值，紋波電流所引起的內部發熱每升高5℃，電容器器的壽命將減少50%。因此當要求電容器器具有長壽命性能時，控制與降低紋波電流尤其重要。 但在實際設計過程中，電解電容器的紋波電流由於受變頻器輸入輸出各物理量變化以及控制方式等的影響很難直接計算得到[2]，一般多採用根據實際經驗估算大小，如每μf電容器要求20ma紋波電流之類的經驗值，或者通過電腦模擬來估算[3～6]。 本文根據對變頻器電路拓撲與開關調製方式的分析，並借鑒已有文獻資料，歸納出一個直接的計算電解電容器紋波電流的方法，供大家參考。 圖1 變頻器拓撲示意圖 由圖1可以得到直流母線電容的紋波電流ic=il-i，il和i分別是整流器
NPC三电平并网逆变器共模电流抑制技术研究_肖华锋
第30卷第33期中国电机工程学报V ol.30 No.33 Nov.25, 2010 2010年11月25日Proceedings of the CSEE ?2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 23 文章编号：0258-8013 (2010) 33-0023-07 中图分类号：TM 46 文献标志码：A 学科分类号：470?40 NPC三电平并网逆变器共模电流抑制技术研究 肖华锋，杨晨，谢少军 (南京航空航天大学自动化学院，江苏省南京市 210016) NPC Three-level Grid-connected Inverter With Leakage Current Suppression XIAO Huafeng, YANG Chen, XIE Shaojun (Colledge of Automation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China) ABSTRACT: The leakage current eliminating is one of the key technologies in the transformerless grid-connected inverter. Based on the high-frequency common mode equivalent model with parasitic parameters, two rules of leakage current eliminating were summarized. The inefficacy with sine pulse width modulation (SPWM) and three potential strategies with parameters matching are addressed through aforementioned rules for leakage current eliminating of neutral point clamped (NPC) three-level grid-connected inverter, and their satisfied conditions and practical feasibility are analyzed detailedly. The viewpoints and accuracy of the common mode equivalent model were proved by relevant experiments. Meanwhile, a compensation capacitor for compensating stray parameters is proposed, which can advance the leakage current attenuation of NPC three-level grid-connected inverter better. So, a simple, robust, and effective solution is achieved. KEY WORDS: PV grid-connected inverter; transformerless; leakage current; parasitic parameter; NPC three level inverter 摘要：共模电流抑制是非隔离型光伏并网逆变器的一个关键技术问题。首先基于考虑所有寄生参数的非隔离型单相并网逆变器高频共模等效模型归纳出两种抑制漏电流的途径，并将其应用到二极管钳位(neutral point clamped，NPC)三电平并网逆变器中得出仅通过正弦脉宽调制(sine pulse width modulation，SPWM)策略抑制共模电压不可行和通过电路元件参数匹配抑制共模电压的3种可能方案。针对3种可能的方案分析了它们的成立条件和现实可行性，并通过相应的实验验证结论的可靠性。其中，提出的通过补偿电容来弥补寄生参数差异的措施可以进一步增强NPC三电平并网逆变器漏电流抑制性能，是一种简单、可靠、有效的实用技术。 基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CX08B_ 070Z)；江苏省自然科学基金(BK2008391)。 Project Supported by Innovative Research Project for Postgraduates in Colleges of Jiangsu Province(CX08B_070Z); Project Supported by Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK2008391). 关键词：光伏并网逆变器；无变压器；共模电流；寄生参数；NPC三电平变换器 0 引言 非隔离型并网逆变器在带来效率高、体积小、重量轻和成本低等优势[1-4]的同时，导致电池板和电网之间存在电气连接。由于电池板对地寄生电容的存在，并网逆变器开关器件的开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上，而在由电池板寄生电容、直流或交流滤波器和电网阻抗等组成的谐振回路中，出于变换器效率优化的考虑，其阻抗非常低，从而在该回路中产生的共模电流(漏电流)可能超过允许范围。高频漏电流的产生会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加[2]，甚至危及设备和人员安全。 二极管钳位(neutral point clamped，NPC) 三电平变换器拓扑[5-9]在单相非隔离型光伏并网逆变器中得到广泛认可[2-4, 10-11]。这主要是因为NPC三电平并网逆变器有弥补由无隔离变压器带来的漏电流[2]和进网直流分量问题[10]的结构优势。为了更充分地解释和理解NPC三电平并网逆变器的共模特性，文献[10]在忽略桥臂中点寄生电容和电网线路感抗的前提下，推导了非隔离桥式并网逆变器的共模分析模型，并将其应用到NPC三电平并网逆变器中，得出了共模电压为恒定值的结论，但论文中缺乏相应的实验结果来说明结论的正确性和模型的精确性。文献[11]定性分析了电网线路阻抗对NPC三电平并网逆变器共模电压的影响，给出了相关的仿真波形来说明寄生参数的不可忽略性，却未提出有效的解决方案。值得注意的是，由于NPC三电平变换器两桥臂中点寄生电容的形成方式明显不同，使得它们大小不一致(一般来讲，开关桥臂的寄生电容 DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2010.33.017
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图
随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。 在光伏并网系统中，并网是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC 两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图 逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。
图2 逆变器原理框图 控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。 图1 光伏并网系统结构图 图3 控制矢量图 在网压Vac(t)为一定的情况下，IN(t)幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量Vs(t)的幅值，及其与网压Vac(t)的相位差来决定。改变Vs(t)的幅值和相位就可以控制输入电流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽略不计得到如图3b所示的简化矢量三角形关系，即下式： (2) 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式： (3)式中K= L/TC，TC为载波周期。 从该模型即可以得到本系统所采用的图4所示的控制框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。
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。
最有效的开关电源纹波计算方法
对滤波效果而言，电容的ESL和ESR参数都很重要，电感会阻止电流的突变，电阻则限制了电流的变化率，这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR，故而横向比较起来，同样的容量滤波效果却不同。
漏电流小，ESR小，一般都是认为要选择低ESR的系列，不过也与负载有关，负载越大，ESR不变时，纹波电流变大，纹波电压也变大。我们从公式上来看看，dV=C*di*dt；dv就是纹波，di是电感上电流的值，dt是持续的时间。一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波，大题分解为：滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise，如下图： 一般对纹波的计算通常是估算 有关开关电源纹波的计算，原则上比较复杂，要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数，计算每个谐波的衰减，再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关，而且与负载电阻有关。当然，计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件，若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR，那就更复杂了。所以，通常都是估算，再留出一定余量，以满足设计要求。对样机需要实际测试，若不能满足设计要求，则需要更改滤波元件参数。 以Buck电路为例，电感中电流连续和断续，开关电源的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定，电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续，除与电感量等有关外，还与负载有关。更严重的是，电流是否连续还与占空比有关，而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck，其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。 若要求所有可能产生的工作状态下都稳定，通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变)，或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的0～30V输出电源)，环路稳定的难度更大。对这类电源，往往要在开关电源之后再加一级线性调整。 电解电容的选择很重要 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。可以在高频下使用，如采用普通的铝电解电容作输出电容，无法在高频（100kHz以上的频率）下工作，即使电容量也无效，因为超过10kHz时，它已成电感特性了。
单相并网逆变器PWM方式与共模干扰的研究
基金项目：国家自然科学基金（51067004）；江西省重点工业科技支撑项目（2010BGA02000）定稿日期：2011-06-01 作者简介：袁义生（1974-），男，江西上高人，博士，副教授，研究方向为电力电子系统及控制技术。 1引言 光伏单相并网逆变器近年来得到迅速发展。 由于光伏电池输出电压波动大，单相并网逆变器通常采用前级升压电路加后级全桥逆变电路的结构。光伏阵列对地的分布电容，以及逆变器电路对地的分布电容，产生了并网逆变器的对地共模电流。该共模电流占并网逆变器EMI 的主要成分，成为业界在进行电磁兼容测试时的一道难题。为了降低光伏并网逆变器的共模电流，采用了H5桥逆变器电路[1]。该电路实际上是通过在逆变电路电感续流阶段将光伏阵列输出与逆变电路断开，一方面降低光伏阵列对地的电位波动；另一方 面实现逆变电路动态节点电位平衡，这借鉴了文 献[2]中提出的共模干扰抵消的观点，从而从光伏阵列和逆变电路两方面同时降低了系统的EMI 。而后来提出的H6桥逆变电路[3]与其他漏电流抑制逆变电路[4-5]有同样的功能， 只是需要再增加一个功率管。 尽管H5和H6电路都可以降低共模电流，但额外增加的串联功率管也增加了电路损耗，这对日益苛刻的效率指标而言几乎是不可接受的。所以，目前工业界在单相并网逆变器中大多还是采 用传统全桥逆变电路。 为此，讨论了两种传统全桥逆变电路PWM 方式下的共模电流问题。分析了 共模电流产生机理，固定高低频桥臂和轮换高低频桥臂两种PWM 方式对光伏阵列电压和共模电流的影响，得出了固定高低频桥臂具有更小的共模电流的结论。在一台实际的并网逆变器中应用两种调制方法，传导EMI 测试结果证明了固定高低频桥臂PWM 方式大大改善了EMI 。 单相并网逆变器PWM 方式与共模干扰的研究 袁义生 （华东交通大学，江西南昌 330013） 摘要：研究了单相并网逆变器中两种脉宽调制（PWM ）方式与共模干扰的关系。首先分析了并网逆变器中共模 电流的产生机理，指出节点电位对地电位波动。通过其对地分布电容产生的位移电流是共模电流的源头。分析了轮换和固定高低频桥臂两种PWM 方式下的节点电位波动现象， 详细推导了相关公式。在此基础上根据实际工况比较了两种方式的共模电流差异，指出固定高低频桥臂PWM 方式有更小的共模干扰。最后通过实验证明了固定高低频桥臂PWM 方式可以降低电路的传导电磁干扰（EMI ）。 关键词：并网逆变器；脉宽调制；共模干扰中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1000-100X （2011）12-0095-03 Research on PWM Methods and Common -mode Disturbance of Single -phase Grid -tied Inverters YUAN Yi -sheng （East China Jiaotong University ，Nanchang 330013，China ） Abstract ：The relationship between two pulse width modulation （PWM ）methods and common -mode disturbance in sin -gle phase grid -connected inverter is developed.Firstly the mechanism of common -mode current in grid -tied inverter is ex -plained ，and it is indicated that displacement current flow into parasitic capacitors by electric nodes with potential fluctuation is source of common mode current.Then junction voltage fluctuation phenomena in two PWM methods with alternated or fixed high -low -frequency -bridges are analysis ，the formulas are derived.Finally the experimental results verify that the PWM method with fixed high -low -frequency -bridge can reduce conducted EMI of the inverter.Keywords ：grid -connected inverter ；pulse width modulation ；common -mode disturbance Foundation Project ：Supported by National Natural Science Foundation of China （No.51067004）；Key Science and Technology Project of Jiangxi Province （ No.2010BGA02000）95
一文看懂光伏逆变器工作原理!
一文看懂光伏逆变器工作原理！ 工作原理及特点 工作原理： 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。 特点： (1)要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 (2)要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 (3)要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在 10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原
理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。 1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。
DCDC Buck Converter输入电容纹波电流有效值
输入电容纹波电流有效值 相信很多人都知道Buck Converter 电路中输入电容纹波电流有效值，在连续工作模式下可以用一下两个公式来计算： Icin.rms ＝Io × ()D D ×?1 或Icin.rms ＝Io × 2 )(Vin Vo Vo Vin ? 然而，相信也有很多人并不一定知道上面的计算公式是如何推导出来的，下文将完成这一过程。 众所周知，在Buck Converter 电路中Q1的电流（Iq1）波形基本如右图所示（或见第二页Q1电流波形）：0～DTs 期间为一半梯形，DTs ～Ts 期间为零。当0～DT 期间Iq1⊿足够小时，则Iq1波形为近似为一个高为Io 、宽为DTs 的矩形，则有： ?? ?=<<<<)() (01DTs t o Io Ts t DTs Iq 而对于Iin ，只要Cin 容量足够大，则在整个周期中是基本恒定的【见输入电流(Iin)波形】，Iin 值由下式得出： Iin ＝(V o/Vin)*Io ＝DIo 由KCL 得：Iin+Icin ＝Iq1，这里定义Icin 流出电容为正向。所以在整个周期中有： 输入电流(Iin)波形： Icin ＝Iq1-Iin 即： { )0() (DTs t DIo Io T t DTs DIo Icin <
的，所以有Icin ＝－DIo 根据有效值的定义，不难得出输入电容的纹波电流有效值Icin.rms 的计算公式： ])()([1.022 ∫∫ ?+?=DTs Ts DTs dt DIo dt DIo Io Ts rms Icin )]()()[(1 .22DTs Ts DIo DTs DIo Io Ts rms Icin ?×+×?= 即： 又因为有D D Io rms Icin ×?=)1(.Vin Vo D =，所以得： 2 )(.Vin Vo Vo Vin Io rms Icin ?= Q1电流（Iq1）波形：
母线电容计算
变频器中直流母线电容的纹波电流计算 2010年06月26日评论(0)|浏览(130) 点击查看原文 各类电动机是我们发电量的主要消耗设备，而变频器作为电动机的驱动装置成为当前“节能减排”的主力设备之一。它一方面可以起到节约能源消耗的作用，另一方面也可以实现对原有生产或处理工艺过程的优化。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。 使用电解电容器的作用主要有以下几个[1]： （1）补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差； （2）提供逆变器开关频率的输入电流； （3）减小开关频率的电流谐波进入电网； （4）吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量； （5）提供瞬时峰值功率； （6）保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击。 电解电容器设计选型所需要考虑的主要因素有以下几个：电容器的电压、电容器量、电容器的纹波电流、电容器的温升与散热、电容器的寿命等等。这些因素对变频器满足要求的平均无故障时间（mtbf）十分重要。然而电解电容器的纹波电流的计算如何能明确给出计算依据，这是本文所要解决的问题。 2 直流母线电容纹波电流的计算 纹波电流指的是流过电解电容器的交流电流，它使得电解电容器发热。纹波电流额定值的确定方法是在额定工作温度下规定一个允许的温升值，在此条件下电容器符合规定的使用寿命要求。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大。但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性，当纹波电流超过额定值，纹波电流所引起的内部发热每升高5℃，电容器器的寿命将减少50%。因此当要求电容器器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。 但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入输出各物理量变化以及控制方式等的影响很难直接计算得到[2]，一般多采用根据实际经验估算大小，如每μf电容器要求20ma纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算[3～6]。 本文根据对变频器电路拓扑与开关调制方式的分析，并借鉴已有文献资料，归纳出一个直接的计算电解电容器纹波电流的方法，供大家参考。
电解电容纹波的测试,计算及判定_ 应用报告
一、前言： 铝电解电容的工作状态及工作环境,是影响其寿命的主要因素。在众多因素中，又以环境温度的高低和 Ripple Current 纹波电流的大小对电容寿命的影响最大。所以在实际使用中，电解电容Ripple Current 有否超规格，电解电容工作温度有否超标准值，是影响电容失效爆浆的最主要原因，特别是在整机测试未对电解电容寿命进行估算计算的情况下，电解电容Ripple Current 的测试，计算及判定，尤为重要。 二、标准测试: 1、一次侧Bulk Cap.纹波电流 说明：一次侧Bulk Cap.纹波电流通常由基本频率(低频率)和高频(开关频率)电流构成，因此在计算时，要通过合成公式，利用频率系数计算出其在指定频率下的合成有效值。(如图1所示) R/C(Ripple Current) = Lowf(Low Freq.Current) +Hif(High Freq. Current) 一次侧Bulk Cap.是指：一次侧主电解电容；Lowf 是指：低频纹波电流有效值； Hif 是指：高频纹波电流有效值。 图(1) 2、二次侧Filter Cap.纹波电流 说明：二次侧Filer Cap.纹波电流通常由高频电流构成。 R/C(Ripple Current) = Hif(High Freq. Current) 二次侧Filter Cap.是指二次侧滤波电解电容。 3、温度 机种名称： 机种编号： 机种类别： 电路拓扑： 输出规格： 编写单位： 应用类别： 材料应用 受控日期： 201 年 月 日 应用编号： AR500XbcEedDFf P 应用描述： 电解电容纹波电流的测试，计算及判定
薄膜电容器的使用要求和电性能参数
薄膜电容器的使用要求和电性能参数 电磁加热设备把工频的交流电或纯直流电,通过半桥/全桥逆变技术,变为高频交流电(1KHz—1MHz).高频交流电通过各种电感性负载后会产生高频交变磁场.当金属物体处于高频交变磁场中,金属分子会产生无数小涡流. 涡流使金属分子高速无规则运动,金属分子间互相碰撞、磨擦而产生热能,最终达到把电能转换为热能的目的.电磁加热设备在我们的工作和生活中大量的频繁的使用.例如电磁炉/电磁茶炉,电磁炉,高频淬火机,封口机,工业熔炼炉等等.本文以三相大功率电磁灶为例, 浅析薄膜电容器在电磁加热设备中的应用. 一电磁灶三相全桥电路拓扑图 二 C1—C6功能说明 新晨阳 C1/C2:三相交流输入滤波、纹波吸收, 提高设备抗电网干扰的能力 C1,C2和三相共模电感组成Pi型滤波,在设备中起电磁干扰抑制和吸收的作用.该电路一方面抑制IGBT由于高速开关而产生的电磁干扰通过电源线传送到三相工频电网中,影响其他并网设备的正常使用.另一方面防止同一电网中其他设备产生的电磁干扰信号通过电源线传送到三相工频电网中,影响电磁加热设备自身的正常使用.(对内抑制自身产生的干扰,对外抵抗其他设备产生的干扰,具有双面性) EMC=EMI+EMS 在实际使用中,C1可以选择MKP-X2型(抑制电磁干扰用固定电容器),容量范围在 3μF－10μF之间,额定电压为275V.AC－300V.AC. 采用Y型接法,公共端悬空不接地. C2可以选择MKP型金属化薄膜电容器,容量范围在3μF－10μF之间,额定电压为450V.AC－ 500V.AC ,采用三角形接法.
C1和C2原则上选用的电容量越大,那么对于电磁干扰的抑制和吸收效果越好.但是电容量越大,那么设备待机时的无功电流就越大.耐压方面要根据设备使用地域的电网情况而合理保留一定的余量,防止夜间用电量非常小的时候,电网电压过高而导致电容器电压击穿或寿命受到一定的影响. C3: 整流后平滑滤波、直流支撑(DC-Link),吸收纹波和完成交流分量的回路。 C3和扼流圈L组成LC电路,把三相桥式整流后的脉动直流电变为平滑的直流电,供后级逆变桥及负载使用.在电磁灶机芯实际电路中,C3一般是由几十微法的薄膜电容器组成.该 位置的薄膜电容器其实所起的作用是直流支撑(DC-LINK),负责纹波的吸收和完成交流分量的回路,而不是很多人所认为的(滤波).几十微法的电容量,对于几十千瓦的负载来说,所起到的滤波作用是非常小的,直流母线的电压波形根本就无法变得很平滑.由于IGBT的高速开关,会产生大量的高次谐波电流及尖峰谐波电压.如果没有电容器作为谐波电流和尖峰电压的吸收,那么直流母线回路会产生大量的自激振荡,影响IGBT等的安全使用及缩短寿命时间.因此,使用薄膜电容器作为直流母线纹波电压和纹波电流的吸收是目前国内外最常用的方法之一。 C3原则上选用的电容量越大,那么吸收效果越好.但是需要注意的是电容量过大,容易导致设备刚合闸上电的时候,由于电容器的瞬间充电电流过大而导致整流桥,保险管等过流击穿.在电磁灶机芯里,一般的选用原则是:半桥方案(1.5μF/KW) 全桥方案(1.2μF/KW).该配置是根据常规的薄膜电容器能承受的2A/μF的设计工艺所推断。 例如电磁灶半桥20KW机型,需要的C3容量是20*1.5=30μF C3的总纹波电流是 30*2=60A 全桥20KW机型,需要的C3容量是20*1.2=24μF（实际可取25－30μF） C3的总纹波电流是25*2=50A 建议实际选取的电容量及电容器能允许承受的纹波电流值不能低于上述建议值。 C3位置必须要考虑电路实际需要的纹波电流值是否小于所选用的薄膜电容器能承受的总纹波电流值(还要保留一定的电流余量),否则假如电路需要60A的纹波电流,而选择的电容器总共能承受的纹波电流只有40A,那么会导致薄膜电容器发热严重,长期过热运行,大大降低薄膜电容器的使用寿命,严重的导致薄膜电容器膨胀鼓包,甚至起火燃烧.耐压方面,一般选择额定电压为800－1000V.DC即可. C4: IGBT的尖峰电压/电流吸收、缓冲和抑制，防止IGBT击穿
光伏并网逆变器设计方案讲解
100kW光伏并网逆变器 设计方案 目录 1. 百千瓦级光伏并网特点 (2) 2 光伏并网逆变器原理 (3) 3 光伏并网逆变器硬件设计 (3) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路参数 (7) 3.2.1 变压器设计............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 电抗器设计 (7) 3.3 硬件框图 (10) 3.3.1 DSP控制单元 (11) 3.3.2 光纤驱动单元 (11) 3.3.2键盘及液晶显示单元 (13) 3 光伏并网逆变器软件 (13)
1. 百千瓦级光伏并网特点 2010年全球太阳能光伏发电系统装机容量将达到10000MWp（我国将达到400MWp），2010年以后还将呈进一步加速发展趋势。百千瓦级大型光伏发电并网用逆变控制功率调节设备，成本低，效率高，容量大，被国内外光伏界公认为是适合大功率光伏发电并网用的最具技术含量、最有发展前景的新一代主流产品，直接影响到未来光伏发电的走向。 百千瓦级大功率光伏并网逆变电源其应用对象主要为大型光伏并网电站，从原理上讲，其并网控制技术与中小功率光伏并网系统的控制技术基本相同，但由于装置容量较大，在技术指标的实现达标和功能设计方面却有较大区别。 在技术指标上，主要会影响： 1.并网电流畸变率 在系统的额定容量达到一定数量级时，一些存在的技术问题将会逐步暴露并影响到系统的性能指标，其最重要的一点就是并网电流波形畸变率的控制和电流滤波方式。该系统中的主变压器一般选择为三相Δ/Y型式，且容量较大，此时变压器的非线性和励磁电流对并网电流波形的影响不容忽视，否则会引起并网电流波形的明显畸变和三相电流不平衡。 2.电磁噪声 由于是三相桥式逆变结构，受IGBT功率模块的开关频率限制及考虑系统的效率指标，系统的电流脉动要远高于中小功率系统，对电流的滤波和噪声控制需要特别注意，此时对系统的滤波电路设计和并网电流PWM控制方式的研究至关重要。由于系统的dv/dt、di/dt和电流幅值较大，其EMI和EMC的指标实现可能存在技术难度，由于系统的噪声可能影响其电流、功率的检测和计算精度，在最大功率跟踪和孤岛效应识别等方面的影响还难以预计。 在技术指标上，主要考虑： 1)主电路工艺结构设计 2)散热工艺结构设计 3)驱动方式设计