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中原工学院
硕士学位论文
论文题目: 三相光伏并网逆变器及其控制
研究生姓名: 严攀研究方向: 电力电子及光伏并网发电技术指导教师: 王晓雷教授
指导教师单位: 中原工学院
学科专业名称: 控制理论与控制工程申请学位级别: 硕士论文提交日期: 2012年3月论文答辩日期: 2012年3月
培养单位: 中原工学院
学位授予单位: 中原工学院
答辩委员会主席:
中原工学院
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所作的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。
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学位论文作者签名：
年月日
中原工学院
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保密论文待解密后适合本声明。
学位论文作者签名：指导教师签名：
年月日年月日
中原工学院硕士学位论文摘要
三相光伏并网逆变器及其控制
专业：控制理论与控制工程
硕士生：严攀
指导教师：王晓雷教授
摘要
光伏并网发电过程是将直流电变为交流电并将能量输送给电网，逆变器是太阳能电池和大电网连接的核心设备，它的稳定性和可靠性决定了输送电能的质量，为了提高发电质量，需要对系统的硬件和软件做深入的分析。本文对这两个方面都做出了比较详细的数学推导，并进行了理论仿真，然后在此基础上搭建了硬件平台，对这些算法进行了初步的验证，给出了相应的实验结果。
首先，本文对光伏阵列的结构进行了分析，并搭建了阵列的仿真模型，从仿真模型的P—U曲线可以看出阵列存在最大输出功率，并在此基础之上就最大功率跟踪问题做出了深入思考，在传统的算法基础之上提出了一种算法，仿真表明该算法比传统算法具有更好地跟踪效果。
接着，本文对逆变器的拓扑结构做出了说明，并选择了单级式的拓扑结构作为本文研究对象。对于L型和LCL型的滤波器结构而言，其数学模型是不同的，并网电流的控制算法也要做相应的改变。对于电压型逆变器，本文采用直接电流控制，分别对滞环控制和三角波比较控制做出了分析。特别地，对于LCL型滤波器在同步坐标系下因其复杂的解耦，本文引入了PR控制，搭建了matlab仿真对上述算法进行了仿真和对比分析。
最后，本文就L，LCL滤波器还有采样电路进行了理论计算，搭建了实验平台，用TMS320F2812做核心控制器对理论算法进行了初步的验证，给出了实验波形。
关键词：光伏并网发电最大功率点跟踪直接电流控制PR控制
I
中原工学院硕士学位论文摘要Three-phased Photovoltaic Grid-connected Inverter And Control
Speciality: Control Theory and Control Engineering
Name: Yan Pan
Supervisor: Professor Wang Xiaolei
Abstract
The photovoltaic power generation process is making the direct current to the alternating current and transmissing to the grid, the inverter is the core equipment of the connection between solar cells and grid, its stability and reliability determine the quality of the electrical energy transmission.In order to improve the quality of power generation, a in-depth analysis on hardware and software of the system have done. This paper have made a more detailed mathematical derivation and theoretical simulation on these two aspects, have also made a preliminary validation of these algorithms and given the corresponding experimental results on a hardware platform.
First, this paper analyzes the structure of the photovoltaic array, then builds a simulation model of the PV array. The exist of maximum output power of the P-U curve can be seen from the simulation model, a deep thinking of the maximum power point tracking also have done on this basis, and proposes a new algorithm simulation shows that has a better tracking results compared with the traditional algorithm.
Then, this paper describes the topology of the inverter, and selects single-stage topology as a research object. For L-and LCL-filter structure, the mathematical model is different, and the net current control algorithms also need to do the appropriate change. In this paper,direct current control is used on voltage source inverter, and respectively analysises hysteresis control and the triangle wave comparing control. In particular, because decoupling of the LCL type filter in the synchronous coordinate system is complicated, this paper introduces PR control, sets up a matlab simulation to simulate and give comparative analysis of the above algorithm.
Finally, this paper gives theoretical calculations of the L-and LCL-filter and sampling circuit, builds an experimental platform using TMS320F2812 as core controller to do a preliminary validation of the theoretical algorithm, and gives the experimental
II
中原工学院硕士学位论文摘要waveforms.
Key words：Grid-connected Photovoltaic Power；Maximum Power Point Tracking；Direct current control；PR control
III
中原工学院硕士学位论文目录
目录
1.绪论 (1)
1.1课题研究背景及意义 (1)
1.2太阳能发展的最新动态 (1)
1.3简述太阳能电池的分类 (1)
1.4我国太阳能资源 (2)
1.5太阳能光伏发电系统的其他应用 (2)
1.6本文的所做的工作 (3)
2.光伏阵列的电气特性 (4)
2.1太阳能电池的基本原理 (4)
2.2光伏阵列的建模和特性分析 (4)
2.2.1 光伏阵列的数学模型 (4)
2.2.2不同光照强度下光伏阵列的的I—U及P-U特性特征曲线 (6)
2.2.3不同温度下光伏阵列的I—U及P-U特性特征曲线 (7)
2.3最大功率点控制策略及仿真 (8)
2.3.1固定电压法（C&T） (8)
2.3.2扰动观测法（perturb&observe algorilhms, P&O） (8)
2.3.3电导增量法（Incremental Conductance） (8)
2.3.4 牛顿插值算法（Newton method） (9)
2.4本章小结 (14)
3.三相单级式光伏并网逆变器的控制策略 (15)
3.1光伏并网逆变器电力质量技术要求 (15)
3.2光伏并网逆变器拓扑结构 (15)
3.2.1 并网逆变器拓扑结构分类 (15)
3.2.2 本系统的拓扑结构以及分析 (16)
3.3三相单级式光伏并网逆变器的工作原理 (19)
3.3.1 三相半桥L型滤波器数学模型 (19)
3.3.2三相半桥LCL型滤波器数学模型 (22)
3.3.3 并网电流控制技术 (24)
3.3.4并网逆变器算法的仿真及其分析 (25)
3.4本章小结 (36)
I
中原工学院硕士学位论文目录
4.光伏并网逆变器主电路的搭建 (37)
4.1霍尔传感器的使用 (37)
4.2光伏并网逆变器采集部分的设计 (38)
4.2.1 电压采样和电流采样调理 (38)
4.2.2 用于捕获口的过零检测电路 (43)
4.3IGBT驱动及保护电路的实现 (44)
4.3.1 驱动电路 (44)
4.3.2 过流、过压、过温及短路保护 (44)
4.4本章小结 (46)
5.基于DSP2812并网逆变器的实现 (47)
5.1开环SPWM波的DSP实现 (47)
5.2开环SVPWM波的DSP实现 (49)
5.3定时滞环PWM波的DSP实现 (51)
5.4DSP的AD采集的实现 (51)
5.5关于锁相功能的思考与实现 (52)
5.6数字PI控制器、PR控制器 (53)
5.6.1数字PI控制器的DSP实现 (53)
5.6.2数字PR控制器的DSP实现 (55)
5.7实验结果 (56)
5.8本章总结 (57)
6.总结与展望 (58)
6.1总结 (58)
6.2展望 (58)
参考文献 (59)
附录：研究生阶段发表论文 (62)
致谢 (63)
II
中原工学院硕士学位论文 第一章 绪论
1
1.绪论
1.1 课题研究背景及意义
不言而喻，随着时间的推移，化石燃料的不断枯竭，势必人们会越来越清醒的认识到，能源问题将是一个制约人类发展的重大问题，不得不提前做好充分思想准备，以及必要的行动。不可再生能源会因消耗而减少，人们都把目光投向可再生能源的开采和利用。太阳能是可再生能源的一种，它在前期投入后，管理以及运行费用少，同时无噪声污染，是一种很好的自然资源。同时它在我国也分布广泛，充分利用好太阳能将对我国的经济以及生态环境有重大而深远的影响。
1.2太阳能发展的最新动态[1]
煤，石油等是可再生能源，总有用完的一天，人类社会若要长久发展，不得不提前考虑可再生能源的利用，现在很多国家开始关注太阳能这一块天地，并在积极寻求有效开采太阳能的办法。下面介绍了几种目前太阳能利用的新动向。
（1）最新太阳能采集装置——氦气球
美国技术人员Joseph Cory 和航天工程师Pini Gurfil 话费多年时间一同对氦气球进行了开发，并获得了成功。研究发现10ft(1ft=0.3048m)大的气球可以输出一千瓦左右的能量，这对采集太阳能来说其意义是非常深远的。
（2）有机薄膜太阳能电池
新型的有机薄膜电池的转换效率较传统的效率高。与原来两层的构造相比，它加入一层混合薄膜，这样就变为三层了，由于面积增加从而提高了太阳能利用率。
（3）南非发明廉价太阳能电池
在南非的约翰内斯堡大学维维安艾伯特发明了一种新型的太阳能电池板，该电池板是一层只有5m 的特种感光合金，这大大提高了太阳能电池板的材料利用率，从而有效地降低了光电转换的成本。
1.3简述太阳能电池的分类
太阳能电池按照不同的材料可以分为硅和化合物，其中硅又可以分为晶体和非晶体，化合物可以分为铟硒铜、碲化镉、砷化镓、磷化铟。对于晶体而言，可分为单晶体多晶体薄膜式多晶。太阳能电池的分类如图1.1所示：
中原工学院硕士学位论文 第一章 绪论
2
太阳能电池
硅
化合物
晶体
非晶体
单晶
多晶薄膜式多晶
铟硒铜碲化镉
砷化镓磷化铟
图1.1太阳能电池的分类
1.4 我国太阳能资源
我国有着十分丰富的太阳能资源，全国太阳年照射量可达23350~8370/MJ m ,平均值大约为25860/MJ m ，在我国，西部地区的太阳年辐射总量高于东部地区太阳年辐射总量，南部太阳年辐射总量低于北部太阳年辐射总量，在北纬30~40地区，太阳随纬度的增加而增长。由于地理位置的原因，青藏高原等西部地区接受光照的时间最长，其光伏资源也最为丰富。
1.5太阳能光伏发电系统的其他应用
（1）太阳能空调器的应用
家用电器中，最耗电的莫过于空调了，在炎热的夏季，人们电力的需求显著提高，而且每日的负荷也处在变化中，一般白天时出现尖峰负荷。由于供电负荷曲线与太阳能电池输出曲线非常一致，如果把太阳能电池和空调组合起来，则可达到夏季电力负荷平峰的目的。家庭用的太阳能空调器是在变频空调的整流部分附加太阳能供电装置，这样就可以有效地利用太阳能的发电效率，同时抑制夏季供电尖峰，减少二氧化碳的排放。其拓扑图如图1.2所示：
图1.2太阳能空调器的拓扑图
中原工学院硕士学位论文第一章绪论
（2）太阳能电动车
在现代城市中，内燃机汽车的热效率不到20%，55%以上都排放到周围的空气当中去了，大量排放的有害气体影响了人体的健康和动植物的生长。如果采用新型动力能源的，改用内燃机为电动机的话那将是一个很好的发展方向，太阳能电动汽车是电动汽车的一种，它将太阳能和蓄电池结合起来，可以有效的节约石油燃料的燃烧，保护我们的生态环境。
（3）太阳能充电器
太阳能充电器，是一种小容量的充电装置，可对手机，数码相机等移动电器设备进行充电，对于旅游或是野外工作者来说，如果随身带一块便携式太阳能充电器也许能起到雪中送炭的作用。
1.6本文的所做的工作
本文主要研究三相光伏并网逆变器，从光伏电池的模型开始入手，搭建Matlab/simulink仿真光伏阵列模型，然后在此模型的基础之上分析了光伏阵列的最大功率点的算法，提出了一种与传统算法不同的算法，仿真表明该算法具更好的最大功率跟踪特性。接着本文对三相光伏并网逆变器的拓扑结构做了简单的介绍，选用单级式逆变器作为研究的对象，对于电压型并网逆变器，本文采用了滞环控制，三角波比较控制，特别地，如果选用三角波比较控制的话，对于L型和LCL型滤波器的拓扑结构来说，可以直接对交流比较控制，也可以转化到同步旋转坐标系下面对直流进行控制，本文对这部分也做出了详细分析，给出了仿真模型，并对仿真的波形做出了分析。
最后，为了验证理论算法，本文搭建了实验平台，依托主控芯片TMS320F2812实现了三相光伏并网逆变，给出了相应的波形。
3
中原工学院硕士学位论文第二章光伏阵列的电气特性
2.光伏阵列的电气特性
本章首先介绍了太阳能电池的光电转换特性以及基本工作原理，并根据单个太阳能电池的数学模型，推导出光伏阵列的工程数学模型，并以此作为依据推导出光伏阵列的工程实用模型，建立了MATLAB/SIMULINK仿真模型，并在此基础上，绘出了太阳能阵列的P—U和I—U曲线，从曲线可以观察到太阳能阵列最大功率点受到光照和温度的影响较大，而且基本呈现一个到抛物线的形状，存在一个最大功率点，在建立的电池模型基础之上，就寻找最大功率点的问题做出了一些思考，给出了一种新的算法，从仿真波形可以看出该算法与常规的MPPT算法相比起来有更大的优越性。
2.1 太阳能电池的基本原理
当光线照射太阳能电池时，一部分被反射掉，一部分被太阳能电池吸收，还有少量透过太阳能电池，在被太阳电池吸收的光子当中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在P区、空间电荷区和N区都会产生光生电子—空穴对，这样形成的电子—空穴对在热运动的作用下将四处移动。光生电子—空穴对产生后，马上被内建电场分离，光生电子被推到N区，光生空穴被推到P区。在N区，光生电子—空穴对产生后，光生空穴便向P—N结边界扩散，一旦达到P—N结边界，便立即受到内建电场的作用，在电场力作用下面漂移，越过空间电荷区进入P区，而产生的光生电子被停留在N区。P区中的光生电子也向p—N结边界扩散，并在到达P—N结边界后，同样由于受到内建电场的作用而在电场力的作用下做漂移运动，进入N区，而光生空穴则停留在P区，因此P—N 结两侧产生了正负电荷的积累，形成与内建电场方向相反的光生电场，在抵消内建电场后，P型层依然带正电，N型层依然带负电，因此产生了光伏电动势。
然而单个的太阳能电池输出功率是有限的，工程上一般采用多个电池串并联的方式提高输出电压与输出功率的等级，多块太阳能电池的组合称为太阳能阵列。本章主要研究太阳能阵列的特性。
2.2 光伏阵列的建模和特性分析
2.2.1 光伏阵列的数学模型[2]
本章在MATLAB/Simulink 的环境下，建立了仿真模型[3]，可以动态地跟踪光照、
4
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
5
温度的变化，瞬时地计算出整个光伏阵列的（I-U ）暂态曲线。太阳能阵列是由许多这光伏组件通过串并联的方式组合而成的，如同下面的等效电路图。
太阳能电池阵列
图2.1 光伏电池等效电路图
太阳能电池阵列的工作状态，可以用图2.1等效。该阵列的I-U 方程为：
/()[1(1)]oc U BU sc I I A e =-- (2.1)
其中，
sc
I 为光伏阵列等效短路电流，oc U
为光伏阵列开路电压，A 、B 为引入的
中间系数，其表达式分别为：
/()
(1)m oc U BU m sc
I A e I -=- (2.2) 1(
1)[(1)]m m oc sc
U I
B Ln U I -=-- (2.3) 式(2.2)和式(2.3)中的m I 为光伏阵列等效最大电流；m U 为光伏阵列等效最大电
压，其数值分别可以由供应商所提供的单个光伏电池的最大功率点电流'
m I 和最大功
率点电压'm U ，以及光伏阵列的排列秩序来求得，其计算公式分别为：
'
m m I NI = (2.4)
'm m U MU = (2.5)
其中：M 为光伏阵列总的串联单元数（总行数）；N 为光伏阵列总的并联支路数（总列数）并且短路电流sc I 和开路电压oc U 也可由供应商所提供的单个太阳能电
池板的短路电流'sc I 和开路电压'
oc U ，以及光伏阵列的排列秩序来计算得到：
'
sc sc I NI = (2.6) 'oc oc U MU = (2.7)
在实际的工程应用中，光照强度S 和电池板温度T 一般情况下都是与标准状况下有一定的差距的，而供应商提供给我们的技术参数一般都是在标准日照强度ref S 为
21000/kW m 和标准电池温度ref T 为25o C 下所测定的参数，因此我们需要根据标况下
的技术参数推算出实际工程环境下的技术参数，这样才可得到适合于工程应用的模
型。下面就给出相关的推算过程，其中*sc I 、*oc U 、*m I 、*
m U 为修正后的技术参数。
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
6
ref T T T ?=- (2.8) /ref C S S = (2.9)
1D a T =+? (2.10) 1E c T =-? (2.11) 1F b S =+? (2.12) 1S C ?=- (2.13)
*sc sc I I CD = (2.14) *oc oc U U EF = (2.15) *m m I I CD = (2.16)
*m m U U EF = (2.17)
在I-U 特征曲线形状基本不变的情况下，上述式中a,b,c 可取值为：0.0025a =，
0.5b =，0.00288c =。
此次仿真采用的太阳能电池板总数为60块，其中串联单元数M 取为20，并联支路数N 取为3。太阳能光照强度S 取为21000/kw m ，太阳能电池阵列平均温度T 取为
25o C ，单个太阳能电池板的开路电压oc U 取为22V 、短路电流sc I 取为5.3A 、最大功
率点电压m U 取为17.5V 、最大功率点电流m I 取为4.9A 。将这些参数输入以上建立的工程模型中，可以通过示波器得出太阳能电池阵列的I-U 特征曲线和P-U 曲线。 2.2.2不同光照强度下光伏阵列的的I —U 及P-U 特性特征曲线
首先分析光照强度对太阳能电池阵列I-U 特征和P-U 特征的影响，此时选定太阳能电池阵列温度T 不变，取为25o C ，再分别选取5组不同的光照强度，分别为
2
11000/S W m =、
2
2900/S W m =、
2
3800/S W m =、
2
4700/S W m =、
2
5600/S W m =，
其它电池参数均不变。可作出阵列在不同光照强度下光伏阵列的的I —U 及P-U 特性特征曲线如下：
U / V
I / A
图2.2 不同光照强度下的I-U 特征曲线
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
7
U / V
P / W
图2.3 不同光照强度下的P-U 特征曲线
仿真结果与计算结果想吻合，并且可以看出在电池温度一定的情况下，其太阳能电池阵列的输出最大功率随着光强的减弱而减小。 2.2.3不同温度下光伏阵列的I —U 及P-U 特性特征曲线
其次分析太阳能电池阵列的温度对对太阳能电池阵列I-U 特征和P-U 特征的影响，此时选定光照强度S 不变，取为21000/W m ，再分别选取5组不同的太阳能电池板的温度，分别为2=25o T C 、2=28o T C 、2=31o T C 、4=34o T C 、5=37o T C ，其它参数不变。I-U 特征曲线图2.4所示，P-U 特征曲线图2.5，从图可以看出在光照强度一定的情况下，太阳能电池阵列的输出最大功率随着电池温度的升高而减小。
U / V
I / A
图2.4不同温度下的I-U 特征曲线
U / V
P / W
图2.5不同温度下的P-U 特征曲线
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
8
2.3 最大功率点控制策略及仿真
如上述，在一定光照强度和温度下，太阳能阵列的U-P 曲线存在一个功率最大值点，为了充分提高太阳能的利用效率，有必要是输出功率达到最大点，在光伏发电系统中，通常是控制直流电容的电压来控制阵列最大输出功率的。
最大功率点跟踪本质上就是数学中求最值的问题，为了实现最大功率输出需要不断改变光伏阵列两端的电压使之工作在最大功率所对应的电压。当光伏阵列两端的电压高于最大功率点的电压时，则减少电容两端的电压，当阵列两端的电压小于最大功率点的电压时则要增大电容两端的电压。换句话说就是不管光照和温度如何变化，输出电压始终要向最大功率点的电压靠拢。下面是几种最大功率点的跟踪的算法。
2.3.1固定电压法（C&T ）
对于光伏阵列来说，其最大功率点一般在开路电压的0.78——0.8之间，有时为了避免过于繁琐的算法给系统带来控制上的不稳定性，采用固定电压法来近似最大功率点。这种算法控制简单，但是不能很好的实现最大功率跟踪。 2.3.2扰动观测法（perturb&observe algorilhms, P&O ）[4]
首先说明一下扰动观察求最大功率点的方法，扰动观测法的工作原理是在当前次电压的基础之上增加一个小的电压值作为扰动，然后把采集到的电压电流信号相乘，计算出新的功率与上一次的功率相比较，倘若输出的功率较前一次的大，则继续增加输出电压，反之则减少输出电压。具体实现过程是：根据采集到的前一次的电压电流信号()1V n -，()1I n -，计算出功率()()()111P n V n I n -=--，在前一次的基础上增加一个电压扰动V ?（0V ?>），然后根据采集到的当前次的电压电流信号()V n ，()I n ，计算出功率()()()P n V n I n =。那么当()()1P n P n >-，则继续增加扰动。当()()1P n P n <-时，则减少扰动。当()()1P n P n =-时，则保持不变。 2.3.3电导增量法（Incremental Conductance ）[5]
从光伏整列的P —U 曲线可以看出，若以电压为自变量，功率为函数，那么功率和电压是一个单峰曲线，因此可以根据数学里面的峰值处倒数为零的关系可知：
P V I =? (2.18)
对式（2.18）求V 的偏导，可得：
d /d (d /d )P V I I V V =+? (2.19)
当阵列工作在最大工作点时：
d /d 0P V =，则有：
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
9
(d /d )0I I V V +?= (2.20)
式（2.20）即为系统工作在最大功率点的条件。由于采集时间很短，所以有：
()()d 1I I I n I n ≈?=--，()()dV 1V V n V n ≈?=--， 而斜率()()()()()()
111V n I n V n I n dP P k dV V V n V n ---?=
≈=?-- 则当0k >，则增加电容两端的电压；当0k <，则减少电容两端的电压；当0k =，则保持电容两端的电压不变；但在很多情况下0k =的情形是很少发生的，因此可以取一个小的领域，让斜率落在这个领域内则保持不变。 2.3.4 牛顿插值算法（Newton method ）[6-7]
本文提出的这种新的算法是基于扰动观察与曲线拟合的一种方法，该算法结合了扰动观察法简单快捷的优点，同时又运用数学里面曲线拟合的思想以便更加精确的找到最大功率点，其思想是：保留三次的电流电压采样结果：()2V n -，()2I n -；
()1V n -，()1I n -；()V n ，()I n ，根据这三次的采样结果计算出前一次的斜率和当前次的斜率：
()()()()()()()111V n I n V n I n k n V n V n ---=
--，()()()()()
()()
1122112V n I n V n I n k n V n V n ------=---，
如果()10k n ->且()0k n >，则继续增加扰动；如果()10k n -<且()0k n <，则减少扰动；如果()()10k n k n -==则保持不变；如果()()10k n k n -<，则需要进行曲线拟合。下面具体讲一下牛顿插值拟合曲线的思想。
从P-U 曲线上可以看到，在最大功率点附近时，曲线呈现抛物线形状，我们假定其拟合曲线函数为：c bx ax y ++=2，再对其求导即可找到拟合最值。
（1）牛顿插值算法关于差商的定义
①记[]()i i f x f x =为函数()f x 在i x 点的零阶差商。
②设有函数()f x 以及自变量的一系列互不相等的值， 012,...,n x x x x ，， (即在
,i j i j x x ≠≠)。称
()()i j i j
f x f x x x --（i j ≠）为函数()f x 在点i x ，j x 的一阶差商，简称
一阶差商，并记为[,]i j f x x 。
③[,][,]
[,,]i j j k i j k i k
f x x f x x f x x x x x -=
-（i k ≠）为函数()f x 在i j k x x x ，，处的二阶
差商；一般地，把0112101101
[,,...,][,,...,,]
[,,...,,]k k k k k k f x x x f x x x x f x x x x x x +++-=
-称为()f x 在
011,,...,,k k x x x x +的1k +阶差商。
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
10
（2）牛顿插值 由差商的定义可得：
000()[]()[,]f x f x x x f x x =+-
事实上，如果0x x =,上式显然成立；0x x ≠,因为000
[][]
[,]f x f x f x x x x -=-,所以上式
也成立。类似的，由各阶差商的定义，可以依次得到
000[][]()[,]
f x f x x x f x x =+-
001101[,][,]()[,,]
f x x f x x x x f x x x =+-
010122012[,,][,,]()[,,,]
f x x x f x x x x x f x x x x =+-
…… ……
01010[,,...,][,,...,]()[,,...,]
n n n n f x x x f x x x x x f x x x -=+-
依次由下而上将后一式代入前一式，最后可得到：
00010101201101010()()()[,]+()()[,,]+...
+()()...()[,,...,]+()()...()[,,...,]n n n n f x f x x x f x x x x x x f x x x x x x x x x f x x x x x x x x x f x x x -=+--------- ()
n N x = 00010101201101()()[,]+()()[,,]+......+()()...()[,,...,]n n f x x x f x x x x x x f x x x x x x x x x f x x x -+------ ()n R x = 010()()...()[,,...,]
n n x x x x x x f x x x --- 则()()()n n f x N x R x =+，其中()n N x 称为n 次牛顿插值多项式，()n R x 是截断误差。
（3）牛顿插值在MPPT 中的应用
采用了一种变结构三点采样的牛顿优化与变步长结合的方法——我们只选前三项并去掉余项。
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中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
11
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算法流程图如下：
图2.6牛顿插值控制流程图
当三采样点在最大功率点同侧时加大或减少步长，这一点是以二点扰动观测法为基础的。在最大功率点两侧时则运用牛顿插值算法输出拟合最大功率点，若斜率之积为零，则输出中间点。由此建立Matlab/simulink 仿真模型如图2.7所示：
图2.7牛顿插值MPPT 仿真图
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
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图中最下面一MATLAB Function 模块为控制输出电压模块，把采集过来的电压电流信号通过各算法对输出电压进行控制，使其输出跟踪最大功率点，结果送入示波器与最大功率点电压比对，以便更好观察跟踪效果。 下面就仿真结果做一下分析： ①当温度不变，关照变化时：
为更好地模拟现实光照的变化，假定光照的变化过程是: 1000-900-880-860-840-820-800-1002/m w ，再从100-700-740-780-810-10002/m w ，其中有连续小幅度阶跃递减，有大的阶跃变化，还有连续阶跃上升，程序中设定步长为1，红线为最大功率时的阵列电压，蓝线控制电压，仿真结果如图2.8：
图2.8光照变化跟踪图
波动次数在1—13各段上分别是4次，1.3次，1.3次，1.3次，2.3次，2.3次，1.3次，1.3次，2次，6次，2次，4次，2次（每三点合计为一次）。稳定后最大误差不到0.2伏，有的波段最小误差不到0.11伏。为更清楚地看到跟踪过程，将第1和第8段放大如下图：
图2.9第1段放大后跟踪图
中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏阵列的电气特性
13
图2.10 第1段放大后跟踪图
当光照从8002/m w 阶跃变化到1002/m w 时其滞后时间为0.1秒，抖动次数1.3次，稳态误差不到0.12伏。
② 温度与光照同时变化
当光照不变时温度变化时，仍然是单变量，最终影响p-v 曲线，会出现上面跟得住的情况，下面再假设光照和温度同时任意变化，观察其跟踪效果，任意选某种变化仿真结果如图3.1：
图2.11 光照温度同时变化时的跟踪图
其抖动次数从1-14段依次是1.3次，2次，4次，9次，1.3次，2.6次，1.3次，1.3次，1.3次，1.3次，10次，1.6次，1.6次，1.3次，2次，1.6次，1.3次，1.3次，5次，5次，1.3次，5次，其平均次数是2.8次，每次经过抖动后立刻稳定输出，也就是说只要光照与温度“休息”，它就跟着“休息”，而且不会出现较大的抖动电压，抖动是在所难免的，关键是抖动总时间与总时间的比值，变结构牛顿插值算法每抖动1.3次的时间约为0.016秒，容易算出以上变化时间累计约为0.8秒，在14秒内，变动22次，抖动时间不到1秒，这较传统MPPT 算法具有很大的优越性,有效避免来回抖动所带来的功率损失，同时对后级的PID 控制也有很大的意义。当我们改变算法，用lagrange 抛物线插值，或最小二乘时，会在某些时段会出现较大漏电压，有时超过10伏，20伏甚至更高，而且抖动次数也比较多，这就降低了发电效率，在这不再给出相应的仿真结果。两点三次插值计算结果非常复杂，对导数的处理也不容易，反到不如用插值来处理，其结果简单准确。
研旭光伏并网逆变器 YXSG-2.5KSL , YXSG-3KSL , YXSG-5KSL 安装使用手册 目录 1、安全说 明 (3) 2、产品描 述 (5) 2.1光伏并网系 统 .................................................................................................................... 6 2.2电路结构 ............................................................................................................................ 7 2.3特点 . .. (7)
2.4逆变器外观描 述 (8) 3、安 装 .......................................................................................................................................... 10 3.1 安装须 知 ......................................................................................................................... 10 3.2 安装流程说明 .. (11) 3.3安装准备 .......................................................................................................................... 12 3.4 选择合适的安装场 地 ..................................................................................................... 12 3.5 安装逆变 器 (14) 3.6 电气连 接 (14) 4、 LCD 操作说 明 . ......................................................................................................................... 21 4.1 按键功能说明 .. (21) 4.2 界面介 绍 (22) 5、故障排 除 (27) 5.1 初始化失败 ..................................................................................................................... 27 5.2 LCD 显示故 障 (27)
2015年6月15日 22:28 太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方 摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为"光热"和"光伏"两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的"光生伏打现象"。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。 本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分： 其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
光伏并网逆变器分类 并网逆变器是太阳能光伏系统中的关键部件，它将太阳能电池产生的直流电通过电力电子变换技术转换为能够直接并入电网、负载的交流能量。其性能，效率直接影响整个太阳能光伏系统的效率和性能。下面将从并网逆变器的分类来进行了解。 1、按照隔离方式分类 包括隔离式和非隔离式两类，其中隔离式并网逆变器又分为工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。光伏并网逆变器发展之初多采用工频变压器隔离的方式，但由于其体积、重量、成本方面的明显缺陷。近年来高频变压器隔离方式的并网逆变器发展较快，非隔离式并网逆变器以其高效率、控制简单等优势也逐渐获得认可，目前已经在欧洲开始推广应用，但需要解决可靠性、共模电流等关键问题。 2、按照输出相数分类 可以分为单相和三相并网逆变器两类，中小功率场合一般多采用单相方式，大功率场合多采用三相并网逆变器。按照功率等级进行分类，可分为功率小于1kVA的小功率并网逆变器，功率等级1kVA~50kVA的中等功率并网逆变器和50kVA以上的大功率并网逆变器。 3、按照功率流向进行分类 分为单方向功率流和双方向功率流并网逆变器两类，单向功率流并网逆变器仅用作并网发电，双向功率流并网逆变器除可用作并网发电外，还能用作整流器，改善电网电压质量和负载功率因素。近几年双向功率流并网逆变器开始获得关注，是未来的发展方向之一。 4、按照拓扑结构分类 目前采用的拓扑结构包括：全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑、多电平逆变拓扑、推挽逆变拓扑、正激逆变拓扑、反激逆变拓扑等，其中高压大功率光伏并网逆变器可采用多电平逆变拓扑，中等功率光伏并网逆变器多采用全桥、半桥逆变拓扑，小功率光伏并网逆变器采用正激、反激逆变拓扑。 从技术层面讲，大功率并网逆变器和小功率并网逆变器是未来的两个主要发展方向，其中小功率光伏并网逆变器——微逆变器是最具发展潜力和市场应用前景的发展方向，高频化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。
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。
Requirements for grid-connected Inverters for NA and EU
Intertek Wind Energy Technical Supervisor
Kevin Zhu (祝国平)
https://www.doczj.com/doc/016775064.html,
Relevant Standards Used
G59/G83 VDE 0126-1-1 UL1741 IEEE1547/1547.1 IEC 62116 IEC 61727 AS 4777.3
https://www.doczj.com/doc/016775064.html,
IEC 62116 并网光伏逆变器防孤岛测试步骤
Test Circuit and the parameters to be measured
https://www.doczj.com/doc/016775064.html,
IEC 62116 并网光伏逆变器防孤岛测试步骤
测试设备要求: 1. 测试设备 高速带存储示波器，可用于计算run-on时间； 电压电流频率测量，采样频率10KHz以上； 2. 直流电源 推荐光伏模拟器； 1） 光伏模拟器
条款 输出功率 响应速度 稳定性 填充因子
https://www.doczj.com/doc/016775064.html,
条件 待测设备的最大输出， 50%~66%最大输出，25~33%最大输出， 5%的负载改变，1ms内输出电流相应为稳定值的10%以内 模拟器的输出功率稳定在2% 0.25~0.8
IEC 62116 并网光伏逆变器防孤岛测试步骤
2） 光伏阵 3. 交流电源
条款 电压 电压THD 频率 相角* *—对于三相 条件 额定+、-2% <2.5% 额定+、-0.1Hz 120°+、-1.5°
4. 交流负载 无杂散电感的电阻，低耗电感，低阻低感电容；
https://www.doczj.com/doc/016775064.html,
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。
并网逆变器选型细则 并网逆变器就是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备,就是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍与分析。 1. 并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统,而并网发电系统的基本特点就就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1、1 并网光伏电站的基本结构 1、2 并网逆变器功作用与功能 并网逆变器就是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现,它就是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能就是: ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2. 并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型与无变压器型逆变器,其中变压器型又分为高频变压器型与低频变压器型。变压器型与无变压器型逆变器的主要区别在于安全性与效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍: ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构,设计较为复杂,采用较多的功率开关器件,因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构,电路简单,采用普通工频变压器,具有较好的电气安全性,但效率较低。 ◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构,无电气隔离,电压范围较窄,但就是损耗小、效率高。
3. 并网逆变器主要技术指标 a、使用环境条件 逆变器正常使用条件:包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b、直流输入最大电流 c、直流输入最大电压 d、直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪(MPPT)的电压范围,一般小于逆变器允许的最大直流输入电压,设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e、直流输入最大功率 大于逆变器的额定输出功率,即通常所说的“逆变器功率”。为了充分利用逆变器的容量,设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率可以等于直流侧输入最大功率。 f、最大输入路数 指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。 g、额定输出电压 在规定的输入条件下,逆变器应输出的电压值。电压波动范围一般应:单相220V±5%,三相380±5%。 h、额定输出功率 在规定的输出频率与负载功率因数下,逆变器应输出的额定电流值。 i、额定输出频率 在并网系统中,额定输出频率要对应所并入的电网频率,而且当电网的频率与相位有微小波动时,逆变器输出的交流电应自动追踪电网的频率与相位。当检测到电网频率波动过大,逆变器将自动切离电网。我国的市电频率为50Hz,并网逆变器频率波动范围一般在±3%以内。 j、最大谐波含量 正弦波逆变器,在阻性负载下,输出电压的最大谐波含量应≤10%。 k、过载能力 在规定的条件下,在较短时间内,逆变器输出超过额定电流值的能力。逆变器
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。
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
光伏并网逆变器的电流锁相改进方案及实现 摘要：基于光伏发电并网逆变器控制中电流锁相的重要性和复杂性，提出了带预锁相和遗忘算法的电流锁相方案，该方案可采用硬件锁相和软件锁相两种方式实现。建立了以MC56F8345 型DSF 为控制核心的PWM 逆变器数字化并网实验平台，对改进后的电流锁相方案进行验证。实验结果表明，该方案很好地实现了逆变器输出电流与电网电压的同步锁相控制，且输出电流的幅值、相位、频率均符合控制要求，可稳定、可靠地并网发电，并能实现网侧单位功率因数。关键词：光伏发电；并网逆变器；电流锁相1 引言在光伏发电系统中，并网逆变器输出电流的控制十分重要。有效控制逆变器输出电流可实现网侧功率因数可调。控制电流时，电流锁相十分关键，必须对电网电压的频率和相位进行实时检测，并以此控制逆变器输出电流与电网电压保持同频同相，即同步锁相。若不能稳定、可靠地锁相，则在逆变器与电网连接(并网)过程中会 产生很大的环流，对设备造成冲击，缩短设备使用寿命，严重时还会损坏设备。因此，研究光伏发电并网逆变器电流锁相改进方案及数字化实现具有现实意义。 2 光伏并网逆变器电流矢量控制策略光伏发电并网系统结构框图如图1 所示。图中上半部分为系统主电路，下半部分为系统控制电路。控制过程如下：根据PV 的输出电压、电流，由MPPT 算法获得Ud 参考值，与Ud 实际值比较后经电压调节器得到有功电流(d 轴电流)参考值。φ*为给定功率因数角，为无功电流(q 轴电流)参考值。若要求单位功率因数，则φ*=0，=0。 电流闭环控制通常采用电流矢量控制。图2 示出电流矢量控制的矢量关系图。 u，i．e 分别为逆变器输出电压、输出电流和电网电压的空间矢量。旋转坐
并网逆变器选型细则 并网逆变器是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备，是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍和分析。 1．并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统，而并网发电系统的基本特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1.1 并网光伏电站的基本结构 1.2 并网逆变器功作用和功能 并网逆变器是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现，它是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能是： ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2．并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型和无变压器型逆变器，其中变压器型又分为高频变压器型和低频变压器型。变压器型和无变压器型逆变器的主要区别在于安全性和效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍： ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构，设计较为复杂，采用较多的功率开关器件，因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构，电路简单，采用普通工频变压器，具有较好的电气安全性，但效率较低。
◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构，无电气隔离，电压范围较窄，但是损耗小、效率高。 3．并网逆变器主要技术指标 a. 使用环境条件 逆变器正常使用条件：包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b. 直流输入最大电流 c.直流输入最大电压 d. 直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪（MPPT）的电压范围，一般小于逆变器允许的最大直流输入电压，设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e. 直流输入最大功率 大于逆变器的额定输出功率，即通常所说的“逆变器功率”。为了充分利用逆变器的容量，设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率可以等于直流侧输入最大功率。 f. 最大输入路数 指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。 g. 额定输出电压 在规定的输入条件下，逆变器应输出的电压值。电压波动范围一般应：单相220V±5%，三相380±5%。 h. 额定输出功率 在规定的输出频率和负载功率因数下，逆变器应输出的额定电流值。 i. 额定输出频率 在并网系统中，额定输出频率要对应所并入的电网频率，而且当电网的频率和相位有微小波动时，逆变器输出的交流电应自动追踪电网的频率和相位。当检测到电网频率波动过大，逆变器将自动切离电网。我国的市电频率为50Hz，并网逆变器频率波动范围一般在±3%以内。
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
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，太阳能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，并网逆变器是核心部分。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，其主要功能是将太阳能电池板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。
三相光伏并网逆变器及控制系统的设计 发表时间：2019-01-16T11:17:41.947Z 来源：《防护工程》2018年第31期作者：任婧玮汪子涵[导读] 现在新能源的开发与使用逐渐受到了世界各国的关注，解决新能源需求、环境保护及经济发展之间的互锁关系日益成为世界各国的头等难题。国网安徽省电力有限公司濉溪县供电公司安徽淮北 235100 摘要：本文介绍了基于L型滤波器三相光伏并网逆变器的主电路拓扑结构。在该拓扑结构数学模型的基础上，设计了三相光伏并网逆变器双闭环控制系统的结构。选择电压电流双闭环PI控制及SVPWM调制策略，通过实验分析验证系统的可靠性和实用性。 关键词：逆变器；PI控制；SVPWM 0 引言 现在新能源的开发与使用逐渐受到了世界各国的关注，解决新能源需求、环境保护及经济发展之间的互锁关系日益成为世界各国的头等难题。太阳能作为技术含量最高、最有发展前景的新能源，具有普遍、无害性、巨大以及长久等优点[1-3]。太阳能发电系统包括光伏电池发电装置与变换器装置，系统输出的电能供给用户负载使用。而并网逆变器作为光伏并网发电的核心，对其进行控制策略的研究具有很高的现实意义[4-6]。本文以两级式非隔离三相并网逆变器的拓扑结构为研究对象，分析了太阳能光伏电池的数学模型和输出特性，然后对双闭环并网控制系统及逆变调制策略进行研究，最后进行实验，验证了理论的正确性。 1 光伏并网逆变器的系统结构 本文采用L型滤波器实现并网逆变器与电网的连接。如图1所示为三相并网逆变器的拓扑结构图，其中ea、eb、ec为三相配电网电压，中性点为O点，逆变器交流侧输出电流为ia、ib、ic，逆变器输出交流和配电网侧等效电感为L，等效线路电阻为R，三相全桥拓扑结构3个桥臂的中点输出电压为Ua、Ub、Uc，T1~T6为IGBT开关管器件，C为输入直流侧滤波与稳压电容，Udc为输入直流侧电压，idc为直流母线侧电流。
500W光伏并网逆变器设计 光伏并网发电系统是光伏系统发展的趋势。根据光伏并网发电系统的特点,设计了一套额定功率为500W的光伏并网逆变器,该并网逆变器能实现最大功率跟踪和反孤岛效应控制功能,控制部分采用基于TMS320F24 0型DSP的电流跟踪控制策略,实现了与网压同步的正弦电流输出。 关键词：太阳能;光伏系统;最大功率点跟踪;孤岛效应;并网逆变器 1 引言 太阳能的大规模应用将是21世纪人类社会进步的重要标志,而光伏并网发电系统是光伏系统的发展趋势。光伏并网发电系统的最大优点是不用蓄电池储能,因而节省了投资,系统简化且易于维护。这类光伏并网发电系统主要用于调峰光伏电站和屋顶光伏系统。目前,美、日、欧盟等发达国家都推出了相应的屋顶光伏计划,日本提出到2010年要累计安装总容量达50 000MW的家用光伏发电站。作为屋顶光伏系统的核心, 并网逆变器的开发越来越受到产业界的关注[1]。 2 光伏并网系统设计 2.1 系统结构 光伏并网逆变器的结构如图1所示。光伏并网逆变器主要由二部分组成：前级DC-DC变换器和后级DC -AC逆变器。这2部分通过DClink相连接,DClink的电压为400V。在本系统中,太阳能电池板输出的额定直流电压为100V～170V。DC—DC变换器采用boost结构,DC—AC部分采用全桥逆变器,控制电路的核心是TMS320F240型DSP。其中DC-DC变换器完成最大功率跟踪控制(MPPT)功能,DC-AC逆变器维持DClink 中间电压稳定并将电能转换成220V／50Hz的正弦交流电。系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的 相电压同频和同相。 2.2 控制电路设计 2.2.1 TMS320F240控制板 TMS320F240控制板如图2所示,以TI公司的TMS320F240型DSP为核心,外围辅以模拟信号调理电路、CPLD、数码管及DA显示、通信及串行E2PROM,完成电压和电流信号的采样、PWM脉冲的产生、与上位 机的通信和故障保护等功能。 2.2.2 电压和电流信号检测电路 模拟信号检测电路的功能是把强电信号转换为DSP可以读取的弱电数字信号,同时要保证强电和弱电的隔离。笔者选用惠普公司的HCPL7800A型光电耦合器,其非线性度为0.004％,共模电压为l 000V时的共模抑制能力为15kV／lμs,增益温漂为0.000 25V／℃,带宽为100kHz。具体隔离检测电路如图3所示。 2.2.3 IGBT驱动电路 DSP控制电路产生的PWM信号先通过驱动电路,然后控制IGBT开关管的开通状态。笔者选用惠普公司的HCPL3120型专用IGBT驱动电路,如图4所示。驱动电路的输入和输出是相互隔离的,驱动电路还有电
光伏并网逆变器说明书型号：BNSG-2KTL 山东博奥斯能源科技有限公司
目录 重要说明.................................................................................................................................................. ４安全注意事项.......................................................................................................................................... ４使用说明.................................................................................................................................................. ４1、绪论.................................................................................................................................................... ５ 1.1、前言.................................................................................................................................... ５ 1.2、光伏并网系统应用介绍........................................................................................................ ５ 2、总体介绍............................................................................................................................................ ６ 2.1、产品外观说明........................................................................................................................ ６ 2.2、电气原理框图........................................................................................................................ ７ 2.3、性能特点................................................................................................................................ ７ 2.4 、保护设备.............................................................................................................................. ８ 3、拆卸和安装........................................................................................................................................ ８ 3.1、拆包检验................................................................................................................................ ８ 3.2、安装说明................................................................................................................................ ８ 3.3、安装条件................................................................................................................................ ９ 3.4、逆变器的安装.....................................................................................................................１０ 3.5、逆变器安装位置的选择.....................................................................................................１０ 3.6、逆变器的尺寸.....................................................................................................................１１ 4、电气连接.........................................................................................................................................１２ 4.1、连接需求...........................................................................................................................１２ 4.1.2、直流输入...................................................................................................................１２ 4.1.2、单相电网...................................................................................................................１２ 4.1.3、连接线.......................................................................................................................１２ 4.1.4、电气连接工具...........................................................................................................１２ 4.2、开始连接.............................................................................................................................１３ 4.2.1、安全说明...................................................................................................................１３ 4.2.2、接线端子图...............................................................................................................１３ 4.2.3、电网连接...................................................................................................................１４ 4.2.4、连接直流输入...........................................................................................................１４ 4.2.5、连接RS485通讯线（选配件）..............................................................................１５ 5、启动与关闭.....................................................................................................................................１６ 5.1、启动过程.............................................................................................................................１６ 5.2、关机过程.............................................................................................................................１６ 5.3、紧急关机过程.....................................................................................................................１６ 6 、功能说明.......................................................................................................................................１７ 6.1、工作模式.............................................................................................................................１７ 6.2 、并网发电...........................................................................................................................１７ 6.3 与电网断开.........................................................................................................................１８ 7、操作.................................................................................................................................................１９ 7.1、液晶显示...........................................................................................................................１９ 7.2按键功能说明........................................................................................................................１９ 7.3、液晶控制板上电后显示界面.............................................................................................２０ 7.4、数据查询及状态显示信息.................................................................................................２０ 7.5、故障信息界面.....................................................................................................................２１