功率因数不为1的逆变器模拟

Photovoltaic Interface System Term Paper 塵埃落定上集1 I. INTRODUCTION日前，世界能源問題突顯，再生能源得到廣泛重視和應用。越來越多的再生能源注入交流電網(AC grid)， 導致電網電壓和頻率的波動， 這可能會使得整個電網癱瘓。 一些國際標準， 例如 VDE-AR-N 4105 [1]，要求與電網連接的變換器 (inverter)能夠按照指令操作在功率因數 (Power Factor)超前或落後0.9，這樣可以平衡電網的電壓和頻率在正常範圍內。隨著與電網連接的再生能源系統的增加，實功和虛功注入電網變得非常重要，控制功因超前或落後可以幫助穩定電網電壓和頻率。A. 全橋架構採用全橋 (full-bridge) 拓撲結構的變換器可實現並網電壓電流功因的超前和落後的模擬。全橋變換電路示意圖如 Fig.1所示，全橋變換電路由 4個開關組成， S1、 S4導通， S2、 S3關斷輸出交流電壓的正半週， S2、 S3導通， S1、 S4關斷輸出交流電壓的負半週， S1、 S4和 S2、 S3輪流導通時，變換器負載上就可以得到交流方波輸出電壓，這就是全橋變換的基本原理。Fig.1 全橋變換電路示意圖B. 單極性 SPWM 由於並網電壓電流都是弦波信號，採用 SPWM控制。 SPWM控制是用脈衝寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的 SPWM波形控制變換電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈衝電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等。本次模擬採用單極性 SPWM控制，單極性 SPWM調製示功率因數 (PF)不為 1的 inverter Photovoltaic Interface System Term Paper 塵埃落定上集2 意圖如 Fig.2所示。Fig.2 單極性 SPWM調製示意圖C. 濾波 LC電路設計全橋變換設計輸出的是 20KHz的正弦脈寬調製方波 (SPWM)， 需要通過低通濾波器將高頻諧波濾除後才能輸送到電網上，無源濾波器的電路原理圖如 Fig.3所示。Vac全橋變換輸出的調製方波L/2L/2CFig.3 無源低通濾波器電路圖全橋可以等效為 2個半橋臂，橋臂的中點輸出為高頻方波，而電網電壓為正弦波，必須通過電感連接並網， 否則會造成的電流很大， 所以全橋輸出使用 2個電感連接電網， 電感的取值直接影響並網電流的紋波。假設電流紋波為變換器額定輸出電流的 20%，額定電流 14.14A，電流紋波最大值為2.828A。根據電感特性得電力紋波為：Photovoltaic Interface System Term Paper 塵埃落定上集3 2*2*21 311* sin( ) * 20 sin( )(380 311sin( )) * ( ) *2 2 * 380190(1 0.67 sin ( )) * 2.828onSu TiLt L tt TLt TsL為輸出電壓角頻率， 2 377 /f rad s ， T為開關週期，為 50 s ，可計算出 3.36L m H ，故選擇 LC濾波電感為 L=4mH。濾波器的轉折頻率 0 1 / LC ，一般選擇濾波器的轉折頻率為 0 10f ， f為開關頻率20KHz，可計算出濾波電容： 63.3nF