光伏逆变器的设计修改版

1 本科生毕业论文 设计 光伏并网逆变器的设计学 院 许昌学院专 业 电气信息及其自动化班 级 09 级电气二班学 号 0612090232 学 生 姓 名 崔 鸣 远联 系 方 式 15290979750 指 导 教 师 师路欢 职称讲师2013 年 04 月2 独 创 性 声 明本人郑重声明 所呈交的毕业论文 （设计） 是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表的研究成果。 与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。签名 __________________ ________年 ______月 _____日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、 使用本科生毕业论文 （设计） 的规定， 即有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文 （设计） 的复印件和磁盘， 允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计） 。本人论文 （设计） 中有原创性数据需要保密的部分为 （如没有， 请填写 “无” ） 学生签名年 月 日指导教师签名年 月 日3 并网光伏逆变器的设计摘 要如今环境日益恶化常规能源日渐枯竭， 许多国家开始开发利用新能源， 开发利用太阳能开始被重视起来。 太阳能光伏并网发电有深远的理论价值与现实意义 ,具有广阔的发展前景， 在此背景下， 本文对光伏并网发电系统的核心元器件并网逆变器进行了研究。本文主要内容有（ 1）论述了光伏产业发展的重要性，介绍了光伏产业的发展现状一及光伏产业的发展趋势。（ 2）介绍了太阳能电池及其发电特性以及太阳能电池的最大功率跟踪算法。（ 3）简单介绍了逆变技术，并重点讲述了并网逆变器的工作原理与拓扑结构。（ 4）讲述了光伏逆变器的控制与实现。关键词 光伏发电；最大公率跟踪 MPPT；并网逆变器4 Design of Grid-connected Photovoltaic InverterABSTRACTIn the current world the deteriorating environment of traditional energy exhaustion of the status quo,more and more countries are beginning to develop and the development of new energy, development and utilization of solar energy is paid more and more attention. It has profound theoretical and practical significance of solar photovoltaic power generation, with broad prospects for development, in this context, the core components of the grid-connected inverter for grid-connected photovoltaic system is studied. The main contents of this paper are 1Discusses the importance of the development of photovoltaic industry, introduces the development trend of development of photovoltaic industry and photovoltaic industry. 2Introduction to the maximum power of the solar battery and power characteristics and solar tracking algorithm. 3Brief introduction of inverter technology, and focuses on the working principle and topology of grid-connected inverter. 4Describes the control and implementation of photovoltaic inverter. KEY WORDS photovoltaic power generation; the greatest common rate tracking MPPT; grid-connected inverter 5 目录1.绪论 .1 1.1 课题背景 1 1.2 光伏发电系统形式 1.3 光伏并网逆变器技术 1.4 光伏并网逆变器研究现状 1.5 光伏并网逆变器的发展趋势 2. 太阳能电池及最大功率跟踪算法 . 2.1 太阳能电池 . 2.2 太阳能电池板的输出特性 . 2.3 光伏阵列的构成 . 2.4 太阳能电池最大功率点跟踪 . 3. 光伏并网逆变器的控制与实现 . 3.1 并网逆变器的控制目标 3.2 并网逆变器的输出控制方式 3.3 并网逆变器的拓扑 3.4 逆变器对于孤岛效应的检测及控制 3.5 基于 SPWM 技术的逆变器控制与仿真 2.并网逆变器及其控制器设计 . 4.1 逆变器电路结构 . 4.2 逆变器的优点 . 4.3 逆变器电路分析 . 1 光 伏 并 网 逆 变 器 的 设 计随着全球工业化的速发展， 世界各国对能源需要量越来越大， 石油、 煤炭和天然气等常规能源日渐枯竭， 届时全球将面临能源危机。 并且， 过量使用化石能源已经对生态平衡造成了严重影响。 保持能源、 环境与发展之间的平衡已刻不容缓，因此，世界各国都在积极开发利用可再生的新能源。专家预测，未来 10 年内， 全球能源结构将发生翻天覆地的变化。 本世纪中叶， 可再生能源在整个能源结构中将会超过一半。光伏发电是一项重要的技术，有许多其它能源无法比拟的优点，被认为将来最有发展潜力的新能源。 光伏并网发电市场己超过离网应用， 这几年增幅都超过四成， 已发展为全球光伏产业的核心。 因此并网光伏发电已成为新能源研究方向的新亮点。1. 绪论1.1 课题背景从 1870 年以来，化石燃料消费量迅速升高。开始煤炭的巨量使用， 1900 年后，石油、天然气开采利用飞速发展，并每年增加两亿吨。尽管 1970-1980年出现了两次石油危机，石油价格持续高涨，但石油消费量未有丝毫削减。因此，全球能源消费结构需要革命性的改变，水能、核能、地热能等开始被开发利用。1994 年，世界能源的消耗量用石油换算为 80 亿吨，其中石油占 39.3、煤炭 28.2、 天然气 21.6。 中国领土广大， 常规能源蕴藏量巨大， 几种常规能源，储量比较大。 但虽然我国能源丰富， 但分布不均匀。 煤炭资源有 60分布在华北地区， 水力资源大部分分布在西南。 经济发达人口比较集中 占全国总人口的 37的南方八省能源却比较匮乏 煤炭只占全国的 2，水力占 10，同建国前相比，原煤产量增长了 30 多倍， 石油产量增长了 100 多倍， 水电产量增长了 100 多倍，这些数据中可看到中国的发展速度。 从以上的分析来看， 中国己成为一个能源消费大国，大量的能源供应是我国国民经济腾飞和综合国力提升的保障与基础。2 客观来看， 从可持续发展的要求来衡量， 我国能源供应前景不容乐观。 我国能源供需存在几个方面的问题 一是资源短缺， 我国能源总量虽然巨大， 但人均占有量非常低。二是能源利用效率低、浪费巨大，由于我国技术水平较低，能源从开发、 加工到利用效率很低， 加上思想教育的忽视， 现实生活中存在着许多令人心痛的浪费。还有就是管理和政策的问题。鉴于以上情况， 开发利用可再生无污染能源是我们必须采取的措施。 虽然现在我们可利用的太阳能、地热能、风能、水能等都可以满足以上要求。但从能源的储量、 稳定性、 设备成本等因素考虑， 太阳能资源将成为理想的可再生无污染能源。在近几个世纪，太阳能将成为人类能源消耗的重要来源。1.2 光伏发电系统形式光伏发电系统依据使用条件的不同分为独立型、 并网型和介于两者之间的可调度型。在边远地区独立型光伏发电系统被利用较多， 这些地区用电量较小， 并且常规发电设施成本高， 所以独立型光伏发电方式被广泛使用在这些地区。 此外， 在只需小量维持供电的情况独立型光伏发电也具有很大应用价值。 在独立型光伏发电系统中，储能元器件是损耗最快、需要维护最频繁的组件。并网型光伏发电多被应用于城市供电系统， 为城市电网的补充， 可用来实现用电时段的填谷消峰。 相比于独立型光伏发电系统， 并网型发电系统不需要蓄电池， 在无光照条件下不能对用户供电， 但可以极大节约设备成本， 简化控制结构。并网型光伏发电结构框图（图 1.1）如下图 1.1 并网型光伏发电结构框图太阳能电池交流负载逆变器 电网计量电表3 光伏并网发电系统按系统功能可分为两类 一种为含有蓄电池的可调度式光伏并网发电系统； 另一种为系统中不设置蓄电池组的不可调度式光伏并网发电系统。二者相应系统结构图如图 1.2 所示a可调度光伏并网发电系统b 不可调度光伏并网发电系统图 1.2 光伏并网发电按功能分类分析上图可以看出光伏并网逆变器是连接光伏发电系统与电网的通道。 并网逆变器的运行状况将会影响甚至决定整个系统能否稳定、 可靠、 安全、 高效地运行，是整个光伏发电系统的核心。不重要负载光伏阵列重要负载核心变换器主配电开关交流电网蓄电池组配电开关光伏阵列核心变换器不重要负载主配电开关交流电网4 1.3 光伏并网逆变器技术与独立发电系统相比， 光伏并网发电系统省去了大体积、 高造价、 不易维护的蓄电池，具有造价低和输出稳定等优点，因此具有广阔的市场发展前景。典型的光伏并网系统结构包括光伏阵列，直 -直变换器 DC-DC ，直 -交变换器 DC-AC 和采样保护装置，结构如下 图 1.3并网逆变器是光伏并网系统实现光伏阵和与电网之间能量传递与转换的重要环节。 并网逆变器的用处是当光伏发电系统输出在较大范围间变化的时候， 总是以最高的效率将电池输出的低压直流电转化为能与电网匹配的交流电输入电网。并网逆变器连接光伏阵列、电网，为用户服务，其技术可从电网、光伏阵列以及用户要求三个方面进行分析总结1逆变器应该连接电网，且必须满足电网电能质量、防止孤岛效应和安全隔离接地三个要求。 现在， 国外并网标准中明确规定并网逆变器输出波形的总谐波因数应小于 5，各次谐波含量小于 3，并且应该具有良好的动态特性。所有并网逆变器必须具有防止孤岛效应的功能， 孤岛发生时必须快速、 准确地切除并网逆变器。 随着光伏并网发电系统的进一步发展， 当多个逆变器同时并网时， 可能会导致上述功能失效。 因此， 研究多逆变器的并网通信、 协同控制已变成孤岛效应检测与控制的研究趋势。2因为日照强度与环境温度都可能影响光伏阵列的输出功率， 因此我们必须通过调节逆变器使得光伏阵列的输出电压尽可能趋近于最大功率点电压， 以此保5 证光伏阵列运行在最大功率点附近获取最大能量， 提高系统使用效率。 最常用的最大功率点跟踪 MPPT方法有恒定电压跟踪法、扰动法。光伏阵列的输出特性决定了逆变器应具有较宽的直流电压输入范围。3用户对逆变器的要求主要包括造价要低；功耗低；安全可靠；使用寿命长。1.4 光伏并网逆变器研究现状国外并网逆变器已成为一种成熟的市场产品。 我国由于光伏发电技术的研究依然处于起步阶段， 技术水平相对国外还有一定差距。 就光伏并网型逆变器而言，中国科学院电工研究所、上海交通大学、合肥工业大学能源研究所、燕山大学、等在这一领域进行了相关研究，并且在 “九五 “、 “十五 “期间，国家科技部投入相当大数额的经费在开发工作中。 合肥阳光发明的正弦波并网充放电装置虽然不是专门为并网光伏发电而设计的， 但也可以应用在并网光伏系统中。 国内对并网光伏逆变器的研究较多采用的是最大功率跟踪和逆变部分分离的两级能量变换结构， 而且市场产品种类相对比较单一。 并网光伏发电产业在我国还未真正投入商业化运行的应用中，目前所建设的并网光伏系统有深圳世博园 1MW 并网光伏系统，首都博物馆 300kW 并网光伏系统都是示范工程。并网光伏发电系统的核心器件并网逆变器还主要依赖进口或合作研究获得， 所以掌握并网型逆变器技术对推广并网光伏系统有着至关重要的作用。1.5 光伏并网逆变器的发展趋势从行业发展趋势看， 将太阳能和建筑结合， 将房屋发展为一种拥有独立电源、自我循环的新型建筑， 这将是社会进步与人类科学技术发展的趋势。 并网光伏发电和房屋一体化的发展， 标志着光伏发电由边远走向城市， 从补充能源向替代能源的过渡。联合国能源部门调查表明，光伏建筑一体化必将成为 21 世纪城市建筑节能市场的热点，太阳能建筑业将是 2l 全球重要新兴产业之一。从科学技术发展趋势来看， 随着电力电子器件的不断发展， 数字信号处理技术的应用及先进控制方法的提出，电力电子能源转变发生将会巨大变化。首先，6 元器件正向着快速化、智能化、低导通损耗、封装合理化的方向发展。其次，数字信号处理技术有利于降低并网逆变器输出的直流成分， 升高开关频率， 降低滤波器体积，改善输出波形，快速响应电网瞬时变化。最后，先进的控制方法有利于改善输出波形的质量， 进而减小滤波环节体积， 提高系统动态响应性能。 所以，并网型逆变器必将沿着数字化、高频化的方向发展。2. 太阳能电池及最大功率跟踪算法太阳能发电是提供新能源减少污染的有效手段。 大规模光伏发电， 不但可以保护环境， 而且可以缓解我国能源紧张。 由于太阳能光伏电池实现了将太阳能转化为电而受到全球的重视。具有使用方便、寿命长、重量轻、能承受各种冲击等多种优点。 所以说在电池行业中， 市场发展空间最大的应是光伏电池产业。 所以，对光伏电池的研究与开发利用受到世界各国越来越多的重视。2.1 太阳能电池太阳能电池发电是利用光入射半导体时引起的光电效应， 它的基本特性与二极管类似，可用用类似的 PN 结来说明，图 2.1 为光伏电池的模型。当具有合适能量的光子入射半导体时， 光与半导体材料间相互作用产生电子和空穴， 若半导体中存在 PN 结， 那么电子将向 N 型半导体方向扩散， 空穴则向 P 型半导体方向扩散， 并分别聚集在两电极部分， 这样若用导线将这两个电极连接起来， 就会有电荷流动而产生电能。7 图 2.1 光伏电池的模型2.2 太阳能电池板的输出特性太阳能电池用等效电路表示为 图 2.2 图 2.2 太阳能电池等效电路由太阳能电池的等效电路可以得出太阳能电池的 I-U 方程为shssoph RIRU-1}-]AKTIRqU{exp[III 式 2.1 式 2.1 中 phI 是光生电流； oI 是二极管反向饱和电流 数量级为 10-4A； U 是输出电压； q 为电子电荷，为 1.6 10-19C； A 是 PN 结理想因子，当温度 T300K时，取值 2.8 ； T 是绝对温度； K 是波尔兹曼常数，为 1.38 10-23J/K； sR 是串联电阻 为低阻值， 小于 1Ω ； shR 是并联电阻 数量级为 KΩ 。 sR 在理想情况可近似认为 0， shR 无穷大，所以式 2.1 可简化为1}-AKTqU{expIII oph 式 2.2 由式 2.2 可得出光伏电池输出功率数学表达式为8 1}-AKTqUU{expIVIP os 式 2.3 从式 2.3 可看出光伏电池的输出功率是日照强度和温度的非线性函数。2.3 光伏阵列的构成单体光伏电池又称光伏电池片， 是光伏电池的基本单元。 使用光伏电池供电时，光伏电池片容量太小，输出电压低、输出功率只有１ W 左右，满足不了负载需要， 通常不可以直接使用。 需要将几十或几百片单体电池经过串并联构成组合体，再将组合体通过一些工艺流程封装在盒子中，引出正负引线，方可使用。封装前的组合体称为光伏电池模块组建，封装后的薄膜盒子称为光伏电池组合板。 若干光伏电池板按照负载需求大小要求， 再串并联组合成较大的实际供电装置，称之为光伏阵列。2.4 太阳能电池最大功率点跟踪光伏阵列是非线性的电源， 输出特性可看做恒流区域与恒压区域组成， 这两个区域的交点即最大功率点。 因此在每种光照强度下， 光伏阵列都会出现最大功率输出点， 从功率角度上可将他们视为当前工作状态下的最优点。 由于光照强度与温度的变化会分别改变这些恒电流和恒电压区域，因此最大功率点也随之改变。最大功率点跟踪实质就是一个寻优过程， 通过控制太阳能电池端电压， 来改变太阳能电池的工作状态。图 2.3 是太阳能电池阵列的输出功率特性曲线，从图上可知， 当电池工作在最大功率点电压的左侧时， 电池输出功率随电压的上升而变大； 当电池工作在最大功率点电压的右侧时， 电池的输出功率随电压的上升而变小。 最大功率跟踪就是判断目前太阳能电池所在的工作区域， 并相应改变电池的端电压，使太阳能电池的工作点尽可能向最大功率点靠拢。9 图 2.3 太阳能电池的输出功率特性目前常见的最大功率跟踪方法有 扰动观察法、 恒定电压跟踪法、 神经网络预测法、 电导增量法、 模糊控制法、 最优梯度法等。 这些方法的本质都是一样的根据太阳能电池最大功率点的特点寻找最大功率点对应的太阳能电池端电压。2.5 本章小结本节介绍了太阳能电池的发电特性， 用数学模型体现出了光伏电池的输出特性。 太阳能电池最大功率跟踪点是光伏发电的核心技术， 最大功率点跟踪实质上是一个自寻优过程。10 3. 光伏并网逆变器的控制与实现3.1 并网逆变器的控制目标光伏并网系统是将太阳能电池板输出的直流电转换为正弦交流电， 向电网输电的一个装置， 所以它实质上是一个有源逆变系统。 并网光伏逆变器的控制目标是使逆变电路输出的交流电为稳定高品质的正弦波电流，并且且和电网电压同频、同相。所以选并网逆变器的输出电流 outI 作为被控制量，并网逆变工作方式下的等效电路和电压电流矢量图如下图 3.1 所示，其中 netU 为电网电压、 outU 为并网逆变器交流侧电压， outI 为电感电流，由于并网逆变器的输出滤波电感的存在将使逆变电路的交流侧电压与电网电压间存在相位差 θ ， 为满足输出电流与电网电压同相位的关系，逆变输出电压需超前于电网电压。图 3.1 并网逆变工作方式下的等效电路和电压电流矢量图3.2 并网逆变器的输出控制方式逆变器输出控制模式主要有两种 电压型控制模式和电流型控制模式。 电压型控制模式的原理是以输出电压作为受控量， 系统输出与电网电压同频同相的电压信号， 整个系统相当于一个内阻很小的受控电压源； 电流型控制模式的原理则是以输出电感电流作为受控目标， 系统输出与电网电压同频同相的电流信号， 整个系统相当于一个内阻较大的受控电流源。 本文所采用的是电流型控制模式， 将并网逆变器的输出电流作为被控制量。并网逆变器中逆变部分控制的关键量是矢量图 图 3.1 中的 outI ，根据矢量11 图可知，可以通过对输出电压的控制完成对 outI ，的控制，或者直接对 outI ，进行控制，完成对交流侧电流、功率因数的控制。因此，根据电流控制方法的不同，可以将电流控制方式分为以下两种控制模式a. 间接电流控制 幅相控制 基于稳态的电流控制方法，根据稳态电流向量的给定、 PWM基波电压向量的幅值和相位，分别进行闭环控制，进而通过 SPWM电压控制实现对并网电流的控制。 该控制策略虽然简单且不需检测并网电流， 但动态响应慢， 存在瞬时直流电流偏移， 尤其是瞬态过冲电流几乎是稳态值的两倍； 从稳态向量关系进行电流控制， 其前提条件是电网电压不发生畸变， 而实际上由于电网内阻抗、 负载的变化以及各种非线性负载扰动等情况的存在， 尤其是在瞬态过程中电网电压的波形会发生畸变。 电网电压波形的畸变会直接影响着系统控制的效果， 因此间接电流控制方法控制电路复杂、 信号运算过程中要用到电路参数、 对系统参数有一定的依赖性、系统的动态响应速度也比较慢。b. 直接电流控制通过运算求出交流电流， 再引入交流电流反馈， 通过对交流电流的直接控制， 使其跟踪指令电流值。 根据直接电流控制的概念， 对于并网型逆变器来说为了获得与电网电压同步的给定正弦电流波形，通常用电网电压信号乘以电流有功给定，产生正弦参考电流波形， 然后使其输出电流跟踪这一指令电流。 该控制方式具有控制电路相对简单、对系统参数的依赖性低、系统动态响应速度快等优点。3.3 并网逆变器的拓扑根据输入输出隔离变压器的类型可将逆变方式分为低频环节并网逆变、 高频环节并网逆变以及非隔离型并网逆变。3.3.1 低频环节并网逆变1. 电路结构低频环节并网逆变器结构如下图 3.2 所示，该电路由工频变压器、工频12 或高频逆变器和输入、输出滤波器构成。LC滤波器LC太阳能电池或者蓄电池工频或高频逆变器 工频变压器滤波器电网图 3.2 低频环节并网逆变器电路结构2. 拓扑族低频环节并网逆变器可以由方波、阶梯波合成、脉冲调制等逆变器来实现。其中拓扑族包括半桥式、全桥式等电路，如下图 图 3.2所示a 半桥式 a 全桥式图 3.3 低频并网逆变器拓扑族这类低频环节并网逆变器具有电路结构简洁、双向功率流、单级功率变换、高效率、变压器体积和重量大、音频噪音大等特点。3.3.2 高频环节并网逆变1. 电路结构高频环节并网逆变器电路结构如下图 图 3.4，电路结构由高频逆变器、高频变压器、整流器、极性反转逆变桥以及输入、输出滤波器构成。13 LC滤波器 高频逆变器高频变压器滤波器整流器 电网工频逆变桥图 3.4 高频环节并网逆变器电路结构2. 拓扑族高频并网逆变器拓扑族包括单管正激式、 双管正激式等电路， 结构图如下 图3.5a 单管正激式 b 双管正激式图 3.5 高频并网逆变器拓扑族3.3.3 非隔离型并网逆变对于非隔离型并网逆变通常需要通过无变压器隔离的 DC/DC 变换器将很低的输入电压转变为高压输出供逆变桥使用，电路图如下 图 3.6DC/DC逆变器直流升压变压器滤波器图 3.6 非隔离型并网逆变结构14 非隔离型并网逆变技术使用的拓扑相对较少， 一些国家要求有变压器隔离才能够并网工作。3.4 逆变器对于孤岛效应的检测及控制逆变器直接并网时，除了具有基本保护功能外，还应该有防孤岛效应功能。从用电安全与电能质量方面考虑， 孤岛效应不允许出现； 孤岛发生时须快速、 准确切除并网逆变器。孤岛效应的检测方式分为主动式和被动式。 被动式检测利用电网监测状态如相位、 电压、 频率来作为依据来判断电网是否发生故障。 如果电网中负载正好与逆变器输出相匹配， 被动法将无法检测到孤岛的发生。 主动检测法是通过电力逆变器定时产生干扰信号， 来观察电网是否受影响作为判断依据， 如输出功率变化检测法、 脉冲电流注入法、 主动频率偏移法和滑模频率偏移法等。 这些方法在实际并网逆变器中都有应用， 但也存在着不足。 当电压幅值和频率变化范围小于某一值时，频率偏移法无法检测到孤岛效应，即存在“检测盲区” ，输出功率变化检测法虽然不存在“ 检测盲区” ，但光伏并网系统受到光照强度等影响，其光伏输出功率随时在波动， 对逆变器加入有功功率扰动， 将会降低光伏阵列和逆变系统的效率。 为解决这个问题， 光伏并网的有功和无功综合控制方法经常被提出来。随着光伏并网发电系统进一步广泛应用， 当多个逆变器同时并网时， 不同逆变器输出的变化很大， 可能导致上述方法失效。 因此， 研究多逆变器的并网通信、协同控制已成为其孤岛效应检测与控制的研究趋势。3.5 基于 SPWM技术的逆变器控制与仿真并网运行时， 受控量为输出电流， 系统为电压型电流源逆变器。 和滞环电流控制系统相比，基于 SPWM 控制的电流跟踪系统具有固定的开关频率，它是将PWM 载波频率固定不变， 以电流偏差调节信号作为调制信号的 PWM 控制方法，具有算法简单、物理意义清晰、实现方便的优点。另外，开关频率固定，可以使输出侧的滤波电感容易设计， 减少功率器件的开关损耗。 综合考虑以上因素， 本文采用基于 SPWM 控制的电流瞬时值控制的方法，控制框图如 3.7 所示15 图 3.7 控制器原理框图图 3.7 中 IN， UN 分别为逆变器输出的电流和电压。根据以上的理论分析，利用仿真工具 Matlab 7． 0 建立了电流控制模式下的仿真系统，如图 3.8 所示图 3.8 电流控制模式仿真图选择相应参数， 并对并网运行仿真， 得并网运行时的电压电流仿真波形如图16 3.9 所示， 从仿真结果可以看出在电流控制模式下逆变系统具有良好的输出波形。图 3.9 输出的电压电流波形3.5 本章小结逆变器是一种将直流电变换成交流电的交流装置。 本章除了对逆变器的主电路基本形式与类型介绍了之外， 着重介绍了并网逆变器在低频环节、 高频环节和非隔离型并网逆变器的结构及其常用拓扑。17 4. 并网逆变器及其控制器设计电压源逆变器应用比较广泛， 但在传统逆变器的拓扑中， 直流电压利用率比较低。 在光伏并网发电系统中， 直流电压由光伏电池板或蓄电池来提供。 为使输出侧交流电压高于输入侧直流电压，通常将直流侧的输入电压通过 DC/DC 变换器升压后，输入 DC/AC 端。这阳将会增加并网发电系统体积、重量和价格，同时经过 DC/DC 变换，降低了系统电能使用率。本文提出了一种基于 Boost 变换方式逆变电路结构， 跳过 DC/DC 环节， 使输出的交流电压高于输入的直流电压。4.1 逆变器电路结构图 4.1 逆变器主电路图如图 4． 1 所示为基于 Boost 变换的三相并网逆变器电路结构。逆变器包括直流电源 ug，三相并网电压为 Ua、 Ub、 Uc， Lfa、 Lfb、 Lfc、 Ca、 Cb、 Cc 构成了输出滤波器，每个开关则由 IGBT 和二极管串联构成。4.2 逆变器的优点上述逆变器的的优点有1简单的直流端逆变器成本、体积和损耗明显降低。系统整体的效率增18 加。2输入电压的范围大输入端的直流电压低于并网电压的最大值，并且可以在一定范围内变化。在逆变器之前无需升压变换器。3简单的电路形式在控制方面，可以采用传统的控制方法即可达到比较良好的控制效果，减少了系统成本。4良好的动态响应能力和稳定性。4.3 逆变器电路分析根据并网相电压过零点， 可以把每个周期分为 6 个阶段， 在每个阶段中， 其中的两个相电压与第 -个相电压极性相反。如图 4-2，在阶段 I 中， Up0， Uc0，而 Ub0。差动电压为其中 U 那是相电压的有效值。图 4.2 一个周期分为六个阶段同理， 在其他部分中， 也可以得出与第三个电压相关的两个差动电压， 其振幅不低于rms26，因此当直流输入电压 gU 始终满足 rmsgU26U时，此基于Boost 原理的三相并网逆变器均能正常运行。19 总结太阳能作为一种无污染的可再生能源， 光伏并网发电越来越受到人们的重视，光伏并网发电是太阳能利用的发展趋势。本文对其核心部件并网逆变器进行了理论分析与研究。首先，从光伏产业的发展开始说明了光伏产业的发展及未来，接着介绍了太阳能电池的工作原理及输出特性，详细分析太阳能电池工作的等效电路和数学模型， 简单介绍了光伏发电的最大功率跟踪算法。然后研究光伏并网逆变器的工作原理及控制策略， 分析逆变器系统的应用特点。针对所要设计的系统确定逆变器的拓扑结构，从光伏并网系统的结构简单、易于维护方面考虑，选择不可调度式并网逆变器，并从并网系统的主电路拓扑、控制策略等几个方面做了详细的分析。最后阐述了并网型逆变器的控制目标， 总结了几种逆变电路的控制方法，并用结构框图的形式进行了对比分析。本文采用了基于 SPWM控制的电流输出控制的算法，开关频率固定、物理意义清晰、实现方便。光伏并网发电系统是未来太阳能光伏利用的主流方向， 所以我们需要开发出经济性好，稳定性高，性能优越的并网系统。20 参考文献[1] 王斯成 , 董路影．我国太阳能光伏发电市场发展与国际挑战．第五届全国光伏技术学术研讨会论文集 , 1998, 30-34 [2] 中国电工技术学会． 电工高技术丛书第二分册太阳能光伏发电[M] ．北京机械工业出版社 , 2000 [3] 陈道炼． DC-AC逆变技术及其应用 [M] ．北京机械工业出版社，2003 [4] 苗建勋，李水泉，石发旺等．太阳能电池基本特性研究 [J] ．大学物理实验 , 1996124 ， 23-25 [5] 黄俊，王兆安．电力电子变流技术 [M] ．北京机械工业出版社，2002 [6] 王兆安，刘进军．电力电子技术 [M] ． 5 版．北京机械工业出版社， 2008 [7] 王兆安，黄俊．电力电子技术 [M] ． 4 版．北京机械工业出版社， 2000 [8] 林谓勋．现代电力电子技术 [M] ．北京机械工业出版社， 2006 [9] 吴守箴，臧英杰．电气传动的脉宽调制技术 [M] ．北京机械工业出版社， 1999 [10] 汪飞．可再生能源并网逆变器的研究 [M] ．浙江浙江大学出版社 , 2005