第22卷第2期2002年2月 中 国 电 机 工 程 学 报
Proceedings of the CSEE
V ol.22N o.F eb.2002
2002Chin.Soc.for Elec.Eng.
文章编号:0258 8013(2002)02 0099 04
电压源型逆变器三角载波电流控制新方法
戴朝波,林海雪
(中国电力科学研究院,北京100085)
A NOVEL TRIANGULAR CARRIER CURRENT C ONTROL
FOR VOLTAGE SOURCE INVERTERS
DAI Chao bo LIN H ai xue
(China Electric Power Research Institute,Beijing100085,China)
ABSTRAC T:T his paper analyzes the frequency character istics of the conventional triangular carr ier current control for voltage source inver ters and the frequency character i stics are influenced by the integral coefficient of t he PI r eg ulator.It is a v ery roug h approx imation that the current contro l s behavior of the voltage source inverter i s r epresented by the first order time delay trans fer function.T herefo re,the analysis based on this approximation may be inappropr iate or inaccurate in some situations.Based on t he g iven inter ference pre compensation,a novel tr iangular carri er curr ent control is put forward through the addition of the two g iven distur bance signals pre compensation to a closed loop feed back control system.T he no vel control takes full advantag e of merits both of the forward system and of the feedback system.It is undeniable that the novel control carr ies more w eight than the conventional control as far as the tracking performance is con cer ned.T he analysis in t he frequency domain and the results of applications in two examples,i.e.trapezoidal current w aveform and activ e power filters,confir m the conclusion.M orever,the cost of the nov el control is manifested in the incr eased number of basic blocks such as gain,der ivative and addition,however t hey are easy to implement and economical.
KEY WORDS:modulation technique;voltage sour ce inver ter; t riangular carrier control
摘要:该文分析了三角载波电流控制传统方法的频率特性和PI调节器中的积分系数取值对该频率特性的影响,如果用一阶惯性环节去近似地模拟逆变器的频率特性,则会有一定的误差。根据对给定扰动进行预先补偿的原理,在反馈控制的基础上,加了对给定扰动(V o和逆变器的输出阻抗)的补偿环节,提出了三角载波电流控制新方法。该方法充分发挥了前馈控制和反馈控制的优点,在跟踪性能方面要比传统控制方法优越。频域特性方面的分析结果和两个典型算例(梯形波和有源滤波)的计算结果都证实了这一结论。而且新控制方法由比例、微分和加法等基本环节构成,这些基本环节比较容易实现,成本也不高。
关键词:调制技术;电压源逆变器;三角载波控制
中图分类号:T M133 文献标识码:A
1 引言
电压源型逆变器由于高效、经济等优点而使其比电流源型逆变器得到更加广泛的应用。电压源型逆变器的输出电流跟随特性主要取决于下面三个因素: 逆变器所采用器件的开关频率; 指令电流的波形; 所采用的电流控制方法。
电流控制方法有许多种,如三角载波控制[1~2]、滞环控制[1~3]、周期采样控制[1]、无差拍控制[2]、模糊控制[4]、滑模控制[5]、内模控制[6]等等。其中,被广泛应用的主要是无差拍控制、滞环控制和三角载波控制。
传统的三角载波控制是将电流偏差信号经过PI调节后,与高频三角载波相比较来确定开关信号。开关频率固定,电路实现简单是三角载波控制的突出优点。但是,对于指令电流中的高频分量,三角载波控制性能则有所下降。
与文[1,2]不同,本文详细地分析了三角载波电流控制传统方法的频率特性及PI调节器中的积分参数对该特性的影响。应用对给定扰动进行预先补偿的原理,提出了新的控制方法。新方法的频率特性比传统方法优越,而且实现起来难度不大、成本不高。
2 三角载波电流控制传统方法
单相电压源型逆变器电流控制框图如图1所
示。V dc 为逆变器直流侧的电压,V e 为逆变器交流侧的输出电压,V o 为逆变器通过连接电感L (R 为电感L 本身所带的电阻)耦合到系统处的电压。三角载波电流控制传统方法的原理如图2所示。I ref 为指令电流,I gen 为逆变器所产生的电流,I err 为这两个量的差值,I err 经过PI 调节后与高频三角载波相
比较产生逆变器所要求的开关信号。
图2 传统三角载波控制框图
Fig.2 Conventional triangular carrier control block
为了研究传统方法的频率特性,对图1的框图应用图2的控制方法做了相应的数值仿真分析。PI 调节器中的参数设计可以参照文[7]中的有关论述。仿真分析所用的参数如下:
V dc =600V;R =0.14 ;L =1.75mH;V o =0;三角载波频率为10kHz;载波峰值为10V;k p =0.28;k i =10,260,1000;I ref =50sin(100n ),n =1,2, ,20。
图3为传统控制方法的频率特性。图3(a)的纵坐标为逆变器所产生的电流幅值和指令电流幅值的比值。图3(b)的纵坐标为逆变器所产生的电流相位滞后指令电流相位的度数。图3的横坐标n 为消谐次数,图3中标有S 、M 、L 的曲线分别代表PI 调节器中的积分系数k i 取10、260、1000时的曲线。
由图3(a)可知,用一阶惯性环节去近似模拟逆变器的幅频特性会有一定的误差。如果积分系数k i 取值较小,则幅频特性基本上是递减的;如果积分系数k i 取值较大,则在某一频段内会产生放大现象,且积分系数k i 取值越大,放大现象越严重。
由图3(b)可知,随着指令信号频率的增加,相
位误差越大。如果积分系数k i 取值较小,则在低频段(如n =1,f =50H z 处)会有较大的相位误差。积分系数k i 取值较大,虽然能够减少低频段的相位误差,但其较高频段的相位误差将明显增加。
图3 三角载波控制传统方法的频率特性Fig.3 The f requency characteristic with the conventional triangular carrier control
3 三角载波电流控制新方法
三角载波电流控制新方法的原理如图4所示。参照传统方法(图2),本文所提出的新方法是在反馈控制的基础上加上前馈控制,从而构成复合控制。
图4 新的三角载波控制框图
Fig.4 Novel triangular carrier control block
参照图1,对于逆变器的输出电感,满足下面Laplace 方程式:
V e (s)=V o (s )+(R +L s)I g e n (s )(1)
如果逆变器所产生的电流I gen 能够没有误差地
跟踪指令电流I ref ,则有
V e (s)=V o (s )+(R +L s)I ref (s )
(2)
对照图4和式(2),不难得出:图4中的前馈控制补偿的是V o 和逆变器的输出阻抗这两个扰动分量所带来的影响。由于从三角载波比较到逆变器的电压输出(图1中的V e )可以近似地认为是一个比例系数为V dc /V tri 的放大环节。因此,图4中的前
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馈控制中加了一个比例调整环节V tri /V dc 。
前馈控制相对于反馈控制的优点在于:在对给定的扰动(图4中的V o 和I ref )采取预先补偿措施时,当扰动出现但未来得及影响到被控量(图4中的I g en ),前馈控制作用就产生了。因此,它比反馈控制更为 及时 ,且不受系统延迟的影响。通常,除了这两个扰动分量以外,还会存在其它扰动分量,例如由于老化等原因使逆变器的输出阻抗发生变化,逆变器直流侧电压的波动,电力电子器件的开关延时等,这些都将影响逆变器的输出电流I gen 跟随指令电流I ref 的性能。所以,前馈控制通常不单独使用,应该与反馈控制相结合使用,以便靠反馈作用最终消除由此而造成的跟踪误差。
显然,本文所提出的新方法是在反馈控制的基础上加了对给定扰动的补偿环节,充分发挥了前馈控制和反馈控制的各自优点,在跟踪性能方面要比传统方法优越。另外,图4中的前馈控制由比例、微分和加法三个基本环节构成,这些环节也较为容易实现。
4 三角载波控制方法的性能比较
4.1 频率特性的比较
对于图1的框图应用图4的控制方法做了数值仿真分析。为了模拟其它不可测量和分析的扰动因素,图4的Forw ard 框图内的R 和L 取实际值的0.9倍。其它参数与第2节中的相同。图5中标有M 的曲线为采用传统方法且k i 取260时所得到的曲线,标有N
的曲线为采用新方法所得到的曲线。
图5 频率特性的比较
Fig.5 Comparison of the frequency characteristics
由图5可知:无论是幅频特性还是相频特性,新方法比传统方法都要优越许多。4.2 梯形波形的比较
无刷直流永磁机等设备需要电源提供一梯形或
者是准方波的电流波形,这是电压源型逆变器的应用之一。因此,用这一算例对所提出的方法做比较有现实意义。对于图1的框图应用图2和图4中的控制方法做相关的数值仿真分析。其中,指令电流的幅值为100A,上升过程和下降过程都为2ms 。其它参数和第2节及4.1节中的相同。
图6是三角载波两种控制方法的跟踪效果。图7是图6的局部放大。表1为梯形波中各次谐波分量的数据结果。图6和图7中标有N 的曲线为采用新方法所得到的曲线,标有M 的曲线为采用传统控制方法所得到的曲线。从图6和图7中不难看出,采用传统方法,当指令电流突变时,输出电流在图7中的A 附近有一定的滞后,在图7中的B 附近则有一定的过调,这是由于反馈控制系统的本身
图7 图6的局部放大
Fig.7the amplif ied version of Fig.6
表1 两种方法的数据比较Tab.1 Data of two control
次数幅值比(传统)幅值比/( )(新)相位差/( )(传统)相位差(新)1 1.0092 1.00100.33520.02953 1.0454 1.0044 3.23070.36435 1.0615 1.00427.62560.82867 1.0570 1.001612.0370 1.31159 1.04150.999015.7461 1.532111 1.01310.985420.6850 1.7754130.99430.982124.0910 2.2169150.97230.974627.5595 2.0956170.93930.972431.0334 2.235619
0.8836
0.961
3
35.8707
1.553
3
101
第2期 戴朝波等: 电压源型逆变器三角载波电流控制新方法
特性所决定的。而采用新方法时,在图7中的A 点和B 点附近,电流跟踪特性都大为改善。表2中的数据也表明新方法比传统方法要优越。
表2 两种方法的所得数据比较Tab.2 Data of two control
次数负载电流/A 电源电流/A(传统)电源电流/A(新)滤波效率/%(传统)滤波效率
/%(新)1137.768 134.353 133.928 2.48 2.79340.0760 3.1578 1.761592.195.6517.8330 2.6956 1.678284.990.67 7.3609 1.6231 0.419677.994.39 1.7008 0.5059 0.277970.383.711 1.1386 0.4682 0.139058.987.813 2.1342 0.9552 0.060555.297.215 1.9815 0.9922 0.254049.987.217 1.2480 0.7330 0.180941.385.519
0.3816
0.2415
0.048236.7
87.4
4.3 有源滤波算例的比较
电力有源滤波器要求逆变器在比较宽的频带内输出较大的电流,这无疑给电压源型逆变器的电流控制提出了十分严格的要求,因此,对所提出的新方法做比较也有现实意义。
单相并联型电力有源滤波器仿真主电路结构如图8所示。相应的参数如下:
电网相电压,220V,50Hz;系统等效参数,L s =0.2mH,R s =0.01 ;整流器交流侧换向参数,L l =2.0mH,R l =0.3 ;逆变器交流侧参数,L =1.75mH ,R =0.14 ;整流桥直流侧负载,L dc =250mH ,R dc =1.0 ;逆变器直流侧电容,C =2000 F,直流电压,600V;开关纹波滤波器,R f =1.0 ,C f =10 F
。
图8 并联型电力有源滤波原理图
Fig.8 Principle circuit of the shunt active power filter
图9和图10分别是采用传统方法和新方法时的电源电流波形。注意:此时图4中的V o 是图
8
图9 采用传统方法的电源电流波形
Fig.9 Source current wavef orm with the conventional control
中有源滤波器的耦合点电压V cpp 。表2为有源滤波的各次谐波分量的数据。从图9、图10和表2中的数据来看,采用新方法,电源所提供电流中的各次谐波含量要小一些,有源滤波各次谐波分量的滤波效果也要高一些。显然,新方法比传统方法优越。
图10 采用新方法时的电源电流波形
Fig.10 Source current wavef orm with the novel control
5 结论
本文分析了三角载波控制传统方法的频率特
性,如用一阶惯性环节去近似地模拟逆变器的频率特性会有一定的误差。
根据对给定扰动进行预先补偿的原理,在反馈控制的基础上增加前馈控制,提出了三角载波电流控制新方法。从频率特性方面的分析结果来看新方法有较大的优势。梯形波和有源滤波这两个算例的计算结果更加有力地证实了这一结论,而且新方法的电路实现难度不大,成本不高。
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林海雪(1940 ),男,硕士,教授级高级工程师,从事电能质量方面的研究和相关国标的制定。
(责任编辑 韩 蕾)
102 中 国 电 机 工 程 学 报 第22卷
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
电源逆变器工作原理直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造如图1所示，其输入通常为由线电压整流而得到非调节直流电压，然后再利用切换式直流至直流转换器将此变动的直流电压转换成一调节的直流电压。图1 直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造1．降压式(step-downbuck)转换器。2．升压式(step-upboost)转换器。3．升降压式(step-down/step-u 电源逆变器工作原理 直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造如图1所示，其输入通常为由线电压整流而得到非调节直流电压，然后再利用切换式直流至直流转换器将此变动的直流电压转换成一调节的直流电压。 图1 直流至直流切换式转换器典型直流至直流转换器系统的构造 1．降压式(step-downbuck)转换器。 2．升压式(step-upboost)转换器。 3．升降压式(step-down/step-upbuck-boost)转换器。 4．全桥式转换器。 上述四种转换器中，只有降压式及升压式是最基本的转换器电路结构，升降压式转换器是此二基本转换器的结合，而全桥式转换器则是由降压式转换器衍生而来。
直流至直流转换器的控制直流至直流转换器的作用即是在输入电压与输出负载变动的情况下能够调节输出电压为所设定的位准。电压位准转换之原理可以图2(a)所示之简单电路来说明，由开关导通与截止可得图2(b)之波形，其中输出电压Vo平均值大小Vo与开关之导通及截止时间(ton及toff)有关。平均输出电压大小调整之最典型的方式是采用脉波宽度调变法(Pulse-WidthModulation，PWM)，其切换周期Ts(=ton+toff)为固定，由调整导通时间之大小来改变平均输出电压之大小Vo。 A B 图2 脉波宽度调变切换控制的方块图如图3(a)所示，开关之切换控制信号由控制讯号Vcontrol与周期为Ts之锯齿波Vst比较而得，控制信号则由Vo之实际值与设定值之误差放大而得。Vcontrol与Vst比较所得之切换控制信号的波形如图3(b)所示。当控制讯号Vst 较大时，则为高准位信号，即使开关导通，反之为低准位信号即使开关截止，故开关之切换周期亦为Ts，由以上的原理可知，开关切换之责任周期(DutyRatio)为
目录 1.设计要求 (2) 2.设计方案与论证 (2) 3.设计原理 (4) 3.1硬件分析 (4) 3.1.1总体电路图 (4) 3.1.2三角波产生电路 (4) 3.1.3 门限电压的估算 (5) 3.1.4矩形波产生电路 (6) 3.1.5工作原理 (6) 3.1.6三角波整流电路 (7) 3.1.7调幅电路 (8) 3.1.8偏置电路 (10) 3.2 multisim软件简介 (11) 4.元器件清单 (12) 5.元器件识别与检测 (13) 6.硬件制作与调试 (13) 7.设计心得 (14) 8.参考文献 (14)
1.设计要求 在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加到被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被测者的输出响应，以分析和确定它们的性能参数。 而波形发生器是它们中一种更为常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本次课程设计应用所学电路设计构成可产生三角波形，并在此基础上应用二极管整流网络对所产生的三角波整流为正弦波，再对正弦波进行进一步的处理。 使用模拟或者数字的方法设计一个频率可调的三角波发生器，并利用二极管网络将三角波整成正弦波。对正弦波作进一步处理： 1) 使正弦波峰峰值可变 2) 使正弦波可叠加直流偏置 3) 频率调节范围50Hz～100KHz 分析原理，设计电路，正确选择参数，在实现电路仿真的基础上搭建和调试硬件电路。 2.设计方案与论证 本次课程设计应用多谐振荡电路产生方波，再应用积分电路对所产生的方波进行一次积分产生三角波，用二极管整形网络对三角波进行整流使之产生不失真的正弦波。对正弦波进一步处理：用反相放大器对产生的波形进行放大，后跟反相加法器对正弦波进行直流偏置。用multisim软件对电路仿真。 总体框图如下：
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。
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。
单相电压源型逆变器控制系统设计 摘要：大量UPS系统在为许多不允许供电中断的重要用电设备提供不间断供电，研发UPS的关键便是电压源型逆变器，控制输出高质量电压波形，且带非线性负载和负载突变的情况下，仍能保持电压的稳定和高质量。本文的主要内容是研究单相电压源型逆变器，采用电压电流双环瞬时值反馈控制技术，并详细讨论了基于极点配置的双环PI控制参数的整定。同时提出单环超前滞后电压瞬时值反馈控制，并做了大量仿真研究，显示这两种控制方式都具有优越的控制性能。 关键词：双环控制；极点配置；超前滞后；电压源型逆变器 The control system design of single-phase voltage source inverter Abstract:Uninterruptible Power Supply (UPS) systems are widely used for supplying critical equipment which can’t afford utility power failure. The core of a UPS system is a inverter which Control the output voltage waveform with high quality. Even connected with nonlinear load and mutational load, it still can maintain the stability of voltage and the quality. this paper is to study the single-phase voltage source inverter, adopting the instantaneous values of voltage and current double-loop feedback control technology. The dual-loop PI control parameters setting based on pole assignment is discussed in detail. At the same time single-loop instantaneous voltage value with the lead-lag control strategy. And lots of simulation have been achieved. A inverter is the core of a UPS system. To achieve nearly sinusoidal output voltage even with nonlinear loads, many waveform correction techniques have been proposed. This dissertation focuses on the research of the instantaneous feedback technology of PWM inverters. Both control methods show excellent performance. Keywords: dual-loop control；PWM inverter；CVCF；lead-lag control strategy 1 引言 能源的紧张，让人们越来越重视能源利用的高效性。电能成为生产生活使用最直接最重要的能源，在电能的生产、传输和利用过程中，高效利用电能离不开电能变换；同时高精密设备对电能稳定性和高质量的要求，也迫切需要电力电子电能变化的迅速发展。 对于逆变电源的控制策略,可以采用重复控制、无差拍控制、滑模变结构控制或者PID控制。但是现实实际应用中，现今普遍采用的电压电流双环控制，分为电感电流内环电压外环和电容电流内环电压外环两类，由于电感电流闭环没有把负载电流包括在内，导致系统对扰动敏感，所以本文重点研究了单相逆变器电容电流内环电压外环双环控制系统特性。 2 单相全桥PWM逆变器数学模型 单相全桥PWM逆变器主电路原理图如图1所示，交流输出侧由滤波电感L与滤波电容C构成低通滤波器，r 为考虑滤波电感L 的等效串联电阻、死区效应、开关管导通压降、线路电阻等逆变器中各种阻尼因素的综合等效电阻，直流母线电压Udc，逆变器输出电压ur，流过滤波电感的电流il, 负载电压电流为u0、i0. L 图1 单相全桥PWM逆变器主电路原理图 2.1 单相逆变器连续域数学模型 将输出电压uo和电感电流il作为状态变量，ur 和i0分别为输入量和扰动量，输出电压uo为输出量，可以得到逆变器输出滤波器线性双输入、单输出状态空间模型，其在连续域下的状态方程可以表示为： 00 1 1 1 1r l l u u C u i C i r i L L L ?? ?? ?? ?? ???- ?? ??? ?? =++ ?? ??????? ?? ??? ?? ?? ?--???? ?? ?? （1）根据单相全桥PWM逆变器数学模型做出系统框
课程设计(论文)任务书 电气学院学院11电力牵引专业（3）班 一、课程设计(论文)题目单相逆变器SPWM调制技术的仿真 二、课程设计(论文)工作自 2014年6月16日起至2014年 6月20 日止。 三、课程设计(论文) 地点: 电气学院机房 四、课程设计(论文)内容要求： 1．本课程设计的目的 （1）熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能； （2）熟悉matlab下的simulink和simpowersystems工具箱； （3）熟悉构建单相桥式逆变器SPWM单极性和双极性调制的仿真模型； （4）培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。 2．课程设计的任务及要求 1）基本要求： （1）要求对主电路和脉冲电路进行封装，并对调制度和载波比参数进行封装；（2）仿真参数为：E=100-300V; Ma= N=9-21; h=，其他参数自定；
（3）给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及 频谱图，要求采用subplot作图； （4）选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。 （5）利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建单相桥式逆变器spwm 单极性和双极性调制的仿真模型。 2）创新要求： 封装使仿真模型更加美观、合理 3）课程设计论文编写要求 （1）要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文 （2）论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等 （3）课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成 4）答辩与评分标准： （1）完成原理分析：20分；
（2）完成设计过程：40分； （3）完成调试：20分； （4）回答问题：20分； 5）参考文献： [1] 刘凤君. 现代逆变技术及应用[M]. 北京: 科学出版社, 2006. [2] 伍家驹, 王文婷, 李学勇, 等. 单相SPWM逆变桥输出电压的谐波 分析[J]. 电力自动化设备, 2008, 28(4): 45-49, 52. [3]王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社， [4]汤才刚，朱红涛，李莉，陈国桥，基于PWM的逆变电路分析，《现代电子技术》2008年第1期总第264期。 [5]刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）.北京：高等教育出版社，2008. 6）课程设计进度安排 内容天数地点 构思及收集资料 2 图书馆 编程设计与调试 2 实验室
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
比较电压型逆变器和电流型逆变器的特点 先两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。 由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。 如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。 电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现列表比较如下： 电压型变频器与电流型变频器的性能比较 1、储能元件：电压型变频器——电容器；电流型——电抗器。 2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波 3、回路构成上的特点，电压型有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易。
4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动机运转不稳定需要反馈控制 电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差； 高压变频器的结构特征 1.1电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。 1.2电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。 1.3高低高变频器;采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网
目录 1 设计要求 (1) 2 逆变器控制方式选择 (1) 3 方案设计 (2) 3.1系统总体框图 (2) 3.2主电路的设计 (3) 3.3 DSP的选取 (4) 3.4驱动电路的设计 (5) 3.5采样电路 (6) 3.6保护电路 (6) 4 元件参数计算 (7) 4.1输出滤波电感L f、滤波电容C f的选取 (7) 4.2变压器的设计8 4.3功率开关的选择 (8) 5 仿真结果 (9) 5.1驱动波形 (9) 5.2功率开关器件两端的电压波形 (10) 5.3逆变器输出波形 (10) 6 结论 (11) 参考文献 (12)
1 设计要求 主要内容：利用倍频单极性SPWM 调制法究逆变器的调制方式，分析系统的稳定性和外特性，给出系统的硬件结构框图，设计系统各个部分的硬件电路，完成数字控制SPWM 逆变器的原理试验和仿真。 基本要求：输入电压：40～60VDC ；输出额定容量：1kVA ；输出电压：220V ±3%；输出电压频率：50Hz 载波频率：25kHz ；THD ：≤3%。 2 逆变器控制方式选择 传统逆变器的控制电路都是采用模拟电路和小规模数字集成电路实现的。随着信息技术的发展，数字控制技术在逆变电源控制领域已得到越来越广泛的应用。综合考虑系统性价比以及数字控制方式存在的问题，目前，部分数字化（CPU ）产生基准正弦，宽频带的电压调节器仍由模拟电路实现）不失为中小功率逆变器控制电路的优选方案。本文分别对两种模拟/数字混合控制方案进行了比较研究，分析了它们的设计与实现，给出了相关实验结果。 本章研究的混合控制方式，也是基于数字控制器的。利用DSP 取代纯模拟控制中的一些实现环节，如基准正弦发生器、输出过载保护、输出过压/欠压保护等，对于减小控制电路复杂程度、提高系统控制特性是有好处的。同时，混合控制方式也考虑了数字控制可能产生的一些问题，尽可能保留模拟控制的优点，仍采用模拟电路实现电压调节器，与全数字控制系统相比，提高了系统带宽频率和动态响应速度。可见，这种模拟/数字混合控制逆变器具有较高的性价比，在一些应用场合具有较大的优势。 根据PWM 控制信号的产生方式，常用的混合控制实现方案有两类：模拟/数字混合控制方案Ⅰ、模拟/数字混合控制方案Ⅱ。方案Ⅰ的实现框图如图1。 图1 混合控制方案Ⅰ的实现框图
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB 仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。[1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。
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
电压源变流器的高压直流输电（VSC-HVDC ） 1.引言 晶闸管的应用领域主要是在整流（交流-直流）、逆变 (直流-交流)、变频 (交流-交流)、斩波（直流-直流）。传统的高压直流输电采用晶闸管变流器，而新型的直流输电技术（VSC-HVDC ）采用IGBT 、IGCT 等全控器件组成电压源变流器(VSC)完成交流-直流-交流的变换。两个VSC 分别作整流器和逆变器，一个工作在定直流电压模式，另一个工作在定有功功率模式。两个变流器的无功功率都可以单独调节。其核心是利用由全控型电力电子器件构成并基于脉宽调制 ( P WM)技术控制的VS C 代替了常规 HVDC 中的可控硅换流器。该输电技术可向无源网络供电．不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等。 如图 1 所示，常用的两端 VSC —HVDC 的主要部件包括：电压源换流器( v s c )、绝缘栅双极晶体管( I G B T )、脉宽调制( P WM)、控制系统。 VSC —HVDC 的基本控制原理： δsin T S C X U U P = Q=)cos (S C T C U U X U —δ 其中：Uc 为换流器输出电压的基波分量，Us 为交流母线电压基波分量，δ为Uc 和 Us 之间的相角差，T X 为换流电抗器的电抗。
2. VSC-HVDC的基本控制方式及特点 定直流电压控制方式，用以控制直流母线电压和输送到交流侧的无功功率，定直流电流( 功率) 控制方式，用以控制直流电流(功率)和输送到交流侧的无功功率，定交流电压 控制方式，仅控制交流侧母线电压，适用于向无源网络供电，通常对于一个两端VSCHVDC系统，必须有一端采用定直流电压控制方式。 3. VSC-HVDC的仿真 将两个230KV，2000MVA的交流系统通过VSC-HVDC相连，进行功率传输。 图为仿真电路图：
并网逆变器的电流控制方法敬德，1140319060；凯，1140319070；指导老师：王志新（交通大学电气工程系，，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，近年来全球围包括煤、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
三相电压型逆变器 一．电力电子器件的发展： 1.概述： 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路
中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 2.发展： A.整流管： 整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。 B.晶闸管： 自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。 C.门极可关断晶闸管： GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展
任务2：两电平电压源逆变器空间矢量调制方案 周乐明 学号：S1******* 电气2班 摘要 提出了三相两电平逆变器的空间矢量调制方法，详细讨论了两 电平逆变器的工作原理及空间矢量调制的基本原理，并给出一个具体的仿真实例，通过仿真 ，可以得出实际运行中的电压、电流的波形，而且在文中给出了实例的电路原理图，使得对 于空间矢量调制的原理得以更加清楚的认识。 1. 两电平电压源逆变器空间矢量调制 1.1 结构试图 三相电压型逆变器电路原理图如图2.1所示。定义开关量a ，b ，c 和a '，b '，c '表示6个功率开关管的开关状态。当a ，b 或c 为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a '，b '或c '为0)；反之，当a ，b 或c 为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a '，b '或c '为1)。由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。对于不同的开关状态组合(abc )，可以得到8个基本电压空间矢量。各矢量为： 22j j dc 33out 2()3 U U a be ce ππ-=++ (2-1) 则相电压V an 、V bn 、V cn ，线电压V ab 、V bc 、V ca 以及out ()U abc 的值如下表2-1所示（其中U dc 为直流母线电压）。 a c' b' a'b c U dc Ａ Ｂ Ｃ Ｎ Ｚ 图2.1 三相电压型逆变器原理图 表2-1 开关组态与电压的关系 a b c V an V bn V cn V ab V bc V ca out U 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2U dc /3 -U dc /3 -U dc /3 U dc -U dc dc 23 U
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