一种基于电压瞬时值反馈的数字化逆变电源的研究
一种基于电压瞬时值反馈的数字化逆变电源的研究
杨 振,周京华,苏彦民
(西安交通大学 陕西西安 710049)
摘 要:介绍一种基于数字P I D 控制算法的电压瞬时值反馈逆变电源,分析了其控制算法及控制框图,仿真表明该系统具有良好的输出响应特性。
关键词:数字P I D ;瞬时值反馈;逆变电源;电压
中图分类号:T P 30116 文献标识码:A 文章编号:1004373X (2003)1803703
Study on Voltage I n staneous Feedback of D ig ita l M odular I nverter
YAN G Zhen ,ZHOU J inghua ,SU Yanm in
(X i ′an J iao tong U niversity ,X i ′an ,710049,Ch ina )
Abstract :T h is paper describles a m ulti p le loop vo ltage instantaneous feedback inverting pow er supp ly based on digital P I D
contro l arithm etic 1T he good perfo r m ance of the system is verified by si m ulink 1
Keywords :digital P I D ;instantaneous feedback ;inverting pow er supp ly ;vo ltage
收稿日期:20030607
1 引 言
近年来,逆变电源的应用已深入到国计民生的各
个领域,同时对其性能要求也越来越高,成为电力电子研究的热门。
在传统的逆变电源采用模拟控制无法克服其固有缺点的情况下,人们越来越多地求助于数字化方案来减小控制电路的复杂程度、提高电源设计和制造的灵活性,同时采用更先进的控制方法来提高逆变电源系统的输出波形质量和可靠性。因此,由模拟控制向数字控制的转变是逆变电源发展的必然趋势。
随着工业用高速数字信号处理器(D SP )的发展和应用,逆变电源控制由模拟控制向数字化控制的转变成为了可能。由于具有超强的数据处理能力和很快的处理速度,配合高性能的AD 变换器,D SP 能够瞬时地读取逆变电源的输出,并实时地计算出输出PWM 值。正是
D SP 的采用,使得在模拟控制中存在的许多问题得到了很好的解决,并且一些先进的控制策略也逐渐应用于逆变电源的控制之中。这样对于逆变电源负载的不确定性,数字化系统可以对负载动态变化产生的谐波进行动态的补偿,而不需人为地干预,从而使逆变电源的输出波形质量达到可接受的水平。
本文从SPWM 逆变电源的结构出发,利用古老的
P
I D 控制,提出了一种基于电压瞬时值的数字方案,并
通过了仿真。2 逆变电源物理模型
在逆变系统中,多采用全桥或半桥结构。图1为一个带有L C 滤波器的单相全桥逆变器的主电路结构图。
以V C 和i L 为状态变量的状态方程为:
d d t V C (t )
i L (t )
=
0 1
C -1
L
-R L L
V C (t )
i L (t )
+0 -1
C
1
L
0
V i (t )i o (t )
(1)
图1 逆变器的主电路结构
那么V i 对输出电压V 0的传递函数为:
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3《现代电子技术》2003年第18期总第161期仿真与测试
G 1(s )=
V o (s )
V i (s )
= R C R C s +R
L C (R +R C )s 2
+[L +(R L +R C )R C +R L R C C )]s +R +R L
(2)
开环输出阻抗为:
Z o (s )=V o (s )i o (s )=R C L C s 2
+(R C +L )s +R L
L C s 2
+C (R L +R C )s +1
(3)由此可以得到逆变器的原理框图,如图2所示。
图2 逆变器的原理框图
3 数字控制方案
本系统采用双环控制的P I D 调节。P I D 控制以其简单、参数易于整定、发展成熟之特点,广泛应用于工程实践之中,逆变电源的控制也不例外。双环控制既保证了系统的稳态特性,又可以提高系统的动态性能。
311 数字P I D 算法
P I D 控制是应用最广泛的一种控制规律,P I D 表示比例(p ropo rti onal )—积分(in tergral )—微分(differen tia )。设P I D 调节器如图3所示。
图3 P I D 调节器的方框图
调节器的输出与输入之间为比例—积分—微分的关系,即:
u (t )=K p [e (t )+
i T i ∫
t
e (t )d t +T d
d e (t )
d t
](4)
或者:
D (s )=K p
E (s )+K i
E (s )
s
+K d sE (s )
(5)
若以传递函数的形式表示:D (s )=
U (s )E (s )=K p +K i 1
s
+K d s (6)
其中:T i 为积分时间常数;T d 为微分时间常数;K p 为比例系数;K i =
K p
T i
为积分系数;K d =K p T d 为微分系数。在计算机控制系统中使用的是数值P I D 调节器,就是对式(1)的离散化,离散化时,令:
u (t )?u (kT )
e (t )?e (kT )∫
0t
e (t )d t ?T
∑k
j =0
e (jT )
d e (t )d t ?e (kT )-e (kT -T )
T
(7)
其中:T 是采样周期。
显然,上述离散化过程中,采样周期T 必须足够短,才能保证有足够的精度。由式(4)和式(7)可得到:
u (kT )=K p × e (kT )+
T
T i
∑k
j =0
e (jT )+
T d
T
[e (kT )-e (kT -T )](8)式(8)即数字P I D 调节器的输出输入关系式。P I D 算法蕴含了动态过程中过去、现在和将来的主要信息。其中比例(P )代表了目前的信息,起校正
偏差的作用,使过程反应迅速。微分(D )在信号变化时有超前控制作用,代表了将来的信息。积分(I )代表了过去的信息,他能消除静差,改善系统的静态特性。因此,设计好的P I D 控制器有动态响应快、稳态精度高、鲁棒性强的优点,是工程实践中应用最为广泛的一类控制器。对于逆变电源,由于空载的SPWM 逆变器近似于临界振荡环节,积分作用会增加相位的滞后,这样会对系统的稳态性能产生负面的影响,所以在设计瞬时值反馈的P I D 控制器时总是采用比例控制(P )或者比例微分(PD )控制。312 数字控制方案
控制系统的框图如图4所示。
图4 系统控制框图
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3杨 振等:一种基于电压瞬时值反馈的数字化逆变电源的研究
该系统包括2个控制环:
外环为电压有效值控制
图5 逆变电源输出电压波形谐波分析
环,内环为输出电压瞬时值反馈环。外环进行数字滤波,得到输出电压的有效值;和输出有效值给定V r m s 进行比较,其误差信号再经由P I 控制器进行调节控制标准正弦波信号的给定值的幅值。逆变电源通过有效值外环控制,理论上可以做到输出电压有效值稳态无差,该控制环的目的是为了保证当负载变化、系统受干扰后维持输出电压有效值的稳态不变,即保证系统的输出电压稳态精度。内环为输出电压瞬时值反馈控制环,该环对输出电压的瞬时值进行控制,使得输出电压跟踪给定的正弦波,维持输出的良好正弦性,为了保证系统有足够的稳定裕度,该环的控制器多采用比例(P )控制器,或者比例微分(PD )控制器。该环的主要作用是为了保证输出电压的正弦性,克服干扰对输出电压波形的影响,改善控制系统的动态性能和稳态性能。4 仿真结果
下面在M atlab 的图形仿真环境Si m u link 中对图1所示的瞬时值反馈数字P I D 控制的逆变电源的各种特性进行分析。电路参数为:额定功率:P =6kVA ;滤波电感:L =1m H;滤波电容:C =25ΛF;等效串联电阻:r L =0168,r C =0118;直流母线电压:E =360V ;开关
频率:f c =20kH z;输出电压:220V 50H z ;系统在空载及不同的负载时仿真波形如图5所示。5 结 论
详细分析了SPWM 的物理结构和数字P I D 算法,并在此基础上提出了基于输出电压瞬时值反馈的双环逆变电源数字控制系统。他能很好地减小输出波形总谐波畸变(THD ),改善了逆变电源系统的输出波形质量。数字P I D 控制算法的合理运用保证了系统输出电压的稳定精度及良好的动态性能和静态性能。
参 考 文 献
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p erfo r m ance sine w ave inverter con tro ller w ith capacito r cu rren t feedback and B ack E M F D ecoup ling [J ]1IEEE ,PESC ,1995:507
5131
[2] 谢力华,苏彦民1正弦波逆变电源的数字控制
技术[J ]1电力电子技术,2001,(6)1[3] 何克忠,李伟1计算机控制系统[M ]1北京:
清华大学出版社,19981
作者简介 杨 振 男,西安交通大学电气工程学院工业自动化研究生。主要研究方向为电力电子及逆变电源。
周京华 男,西安交通大学电气工程学院工业自动化博士生。主要研究方向为大功率变频器及电气传动。
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3《现代电子技术》2003年第18期总第161期
仿真与测试
逆变器的分类和主要技术性能评价
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。
电压型逆变器
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
逆变器的基本知识
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。
SPWM逆变电路原理
对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。 面积等效原理转换 把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。 图1 用面积等效原理转换为SPWM波形 如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。 SPWM波形的生成 输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。
s 图2 全桥逆变电路的工作状态 输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。 图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。 在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。 SPWM逆变器输出的正弦波交流电电压uof的峰值uofm小于输入的直流电压ud，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。对于输出相电压（有效值）为220V单相交流电的逆变电路输入直流电压要高于310V。 SPWM逆变器输出电压与ur/uc成正比，保持载波uc不变，改变调制波ur的大小即可控制输出交流电压的大小。当然，调制波ur峰值要小于载波uc峰值。
光伏并网逆变器一个有效的反孤岛解决方案
反孤岛解决方案 1. 孤岛效应 所谓孤岛效应，是指当电力公司因故障或停电维修而停止供电时，用户端的并网逆变器系统仍处于工作状态，使得并网逆变器和周围的负载形成了电力公司无法控制的自供电网络。光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果： （1）电网无法控制孤岛中的电压和频率，若电压和频率超出允许的范围，可能对用户的设备造成的损坏； （2）若负载容量大于光伏发电系统的容量，光伏发电系统过载运行，易被烧毁； （3）与光伏发电系统连接的电路仍会带电，对检修人员造成危险，降低电网的安全性； （4）对孤岛进行重合闸操作时会导致该线路再次跳闸，还有可能损坏光伏发电系统和其他设备。 因此，光伏并网逆变器具有孤岛检测和反孤岛的功能是很有必要的。 2. 孤岛检测 检测孤岛效应的方法有很多种，主要分为两种：被动检测和主动检测。 被动检测就是光伏并网逆变器检测与电网连接处的电网电压或频率的异常来检测孤岛效应。 主动检测是有意的引入一些扰动信号，来监控系统中的电压、频率和阻抗的相应变化，以确定电网的存在与否。 比较被动检测和主动检测的区别，被动检测的软件实现比较简单，但是检测范围有限，无法满足并网发电系统反孤岛保护安全标准的要求，因此我们选择用主动检测的方法；而主动检测可以使孤岛检测的盲区尽可能的小，孤岛检测比较有效，但是软件实现比较复杂，并且会使并网发电系统的发电效率有所降低。 国际上对反孤岛检测方案和响应时间没有明确的规定， IEEE Std.929[2]和IEEE Std.1547[3]根据孤岛效应发生时的具体情况推荐了不同的孤岛效应检测时间。表1为IEEE Std.1547[3]允许的孤岛效应检测时间。 n n n f 指电网电压的频率值。对于中国的单相市电，n f 为50Hz 。
逆变器主要性能参数
逆变器主要性能参数 描述逆变器性能的参量和技术条件很多，这里仅就评价逆变器时常用的技术参数做一扼要说明。 a．使用环境条件 逆变器正常使用条件：海拔高度不超过1000m，空气温度0～+40℃。 b．直流输入电源条件 输入直流电压波动范围：蓄电池组额定电压值的±15%。 c．额定输出电压 在规定的输入电源条件下，输出额定电流时，逆变器应输出的额定电压值。 电压波动范围：单相220V±5%，三相380±5%。 d．额定输出电流 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。 e．额定输出频率 在规定的条件下，固定频率逆变器的额定输出频率为50Hz： 频率波动范围：50Hz±2%。 f．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%。 g．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。逆变器的过载能力应在规定的负载功率因数下，满足一定的要求。 h．效率 在额定输出电压、输出，电流和规定的负载功率因数下，逆变器输出有功功率与输入有功功率(或直流功率)之比。 i．负载功率因数 逆变器负载功率因数的允许变化范围，推荐值0.7—1.0。 j．负载的非对称性 在10%的非对称负载下，固定频率的三相逆变器输出电压的非对称性应≤10%。 k．输出电压的不对称度 在正常工作条件下，各相负载对称，输出电压的不对称度应≤5%。 l．起动特性
在正常工作条件下，逆变器在满载负载和空载运行条件下，应能连续5次正常起动。 m．保护功能 逆变器应设置：短路保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护及缺相保护。 n．干扰与抗干扰 逆变器应在规定的正常工作条件下，能承受一般环境下的电磁干扰。逆变器的抗干扰性能和电磁兼容性应符合有关标准的规定。 o．噪声 不经常操作、监视和维护的逆变器，应≤95db； 经常操作、监视和维护的逆变器，应≤80db。 p．显示 逆变器应设有交流输出电压、输出电流和输出频率等参数的数据显示，并有输入带电、通电和故障状态的信号显示。 确定逆变器技术条件： 在光伏/风力互补系统选用逆变器时，首要的是确定逆变器如下几个最主要的技术参数：输入直流电压范围，如DC24V、48V、110V、220V等； 额定输出电压，如三相380V，还是单相220V； 输出电压波形，如正弦波、梯形波或方波。
直流逆变器设计
3KV A三相逆变电源设计 1 概论 逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器BJT，IGBT，GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，使SPWM逆变器得以迅速发展并广泛使用。 PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点： （1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。 （3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。 2设计方案与原理 2.1主电路结构选择
逆变器主电路结构的选取应该遵循以下几个原则：应选用尽量少的开关器件，这样可以提高系统的可靠性，并且降低成本；尽量减少逆变电源中的电容值、电感值和电容电感元件在逆变电源中的数量，这样可以减小整个逆变电源设备的体积，提高其可靠性，同时也应该降低设备的成本；电路拓扑结构应该有利于逆变电源最终输出电压中谐波的消除，输出电压频率及幅值的调节。鉴于以上诸项要求，本文所设计的逆变器主电路采用的是全桥式结构。 2.2方案论证 在逆变器电路的设计中，控制方法是核心技术。早期的控制方法使得输出为矩形波，谐波含量较高，滤波困难，而SPWM技术较好地克服了这些缺点。 SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）正弦脉宽调制技术：通过对一系列宽窄不等的脉冲进行调制，来等效正弦波形（幅值、相位和频率）。 SPWM 容易实现对电压的控制，控制线性度好，本文所设计的逆变电源采用SPWM 控制方式。 2.3 SPWM逆变器原理 2.3.1 SPWM波形 所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形如图2.1所示，等效的原则是每一区间的面积相等。如图把一个正弦波分作几等分（如图2.1a 中，n=12）然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替。 图2.1 与正弦波等效的等幅不等宽矩形脉冲序列波 矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合（如图2.1b），这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效，称作SPWM 波形。同样，正弦波的负半周也用同样的方法与一系列负脉冲波等效。 图2.2为SPWM滤波线为等效正弦波UmSinω1t,SPWM 脉冲序列波的幅值为Us/2,各
孤岛检测知识部分文档
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华为光伏逆变器的主要技术指标
华为光伏逆变器的主要技术指标 ——深圳恒通源 1、输出电压的稳定度 在光伏系统中，太阳电池发出的电能先由蓄电池储存起来，然后经过逆变器逆变成220V或380V的交流电。但是蓄电池受自身充放电的影响，其输出电压的变化范围较大，如标称12V的蓄电池，其电压值可在10．8～14．4V之间变动(超出这个范围可能对蓄电池造成损坏)。对于一个合格的逆变器，输入端电压在这个范围内变化时，其稳态输出电压的变化量应不超过额定值的±5％，同时当负载发生突变时，其输出电压偏差不应超过额定值的±10％。 2、输出电压的波形失真度 对正弦波逆变器，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，其值应不超过5％(单相输出允许l0％)。由于逆变器输出的高次谐波电流会在感性负载上产生涡流等附加损耗，如果逆变器波形失真度过大，会导致负载部件严重发热，不利于电气设备的安全，并且严重影响系统的运行效率。 3、额定输出频率 对于包含电机之类的负载，如洗衣机、电冰箱等，由于其电机最佳频率工作点为50Hz，频率过高或者过低都会造成设备发热，降低系统运行效率和使用寿命，所以逆变器的输出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±l％以内。 4、负载功率因数 表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。正弦波逆变器的负载功率因数为0．7～0．9，额定值为0．9。在负载功率一定的情况下，如果逆变器的功率因数较低，则所需逆变器的容量就要增大，一方面造成成本增加，同时光伏系统交流回路的视在功率增大，回路电流增大，损耗必然增加，系统效率也会降低。 5、逆变器效率
逆变器的效率是指在规定的工作条件下，其输出功率与输入功率之比，以百分数表示，一般情况下，光伏逆变器的标称效率是指纯阻负载，80％负载情况下的效率。由于光伏系统总体成本较高，在光伏系统中，太阳电池发出的电能先由蓄电池储存起来，然后经过逆变器逆变成220V或380V的交流电。但是蓄电池受自身充放电的影响，其输出电压的变化范围较大，如标称12V的蓄电池，其电压值可在10．8～14．4V之间变动(超出这个范围可能对蓄电池造成损坏)。对于一个合格的逆变器，输入端电压在这个范围内变化时，其稳态输出电压的变化量应不超过额定值的±5％，同时当负载发生突变时，其输出电压偏差不应超过额定值的±10％。 6、额定输出电流(或额定输出容量 表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量，其单位以ＶＡ或ｋＶＡ表示。逆变器的额定容量是当输出功率因数为１（即纯阻性负载）时，额定输出电压为额定输出电流的乘积。 7、保护措施 一款性能优良的逆变器，还应具备完备的保护功能或措施，以应对在实际使用过程中出现的各种异常情况，使逆变器本身及系统其他部件免受损伤。 (1)输入欠压保户：当输入端电压低于额定电压的85％时，逆变器应有保护和显示。 (2)输入过压保户：当输入端电压高于额定电压的130％时，逆变器应有保护和显示。 (3)过电流保护：逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。当工作电流超过额定的150％时，逆变器应能自动保护。 (4)输出短路保户逆变器短路保护动作时间应不超过0．5s。 (5)输入反接保护：当输入端正、负极接反时，逆变器应有防护功能和显示。 (6)防雷保护：逆变器应有防雷保护。 (7)过温保护等。
基于无功电流控制的并网逆变器孤岛检测
2017年8月电工技术学报Vol.32 No. 16 第32卷第16期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Aug. 2017 DOI: 10.19595/https://www.360docs.net/doc/f712916746.html,ki.1000-6753.tces.160872 基于无功电流控制的并网逆变器孤岛检测 沈虹周文飞王怀宝伞国成郭小强 （燕山大学电气工程学院秦皇岛 066004） 摘要孤岛检测技术是并网逆变器运行所必须具备的关键技术。传统有源孤岛检测方法注入的扰动影响电能质量。为了解决该问题，提出一种基于无功电流控制的孤岛检测方法，通过控制无功电流使其产生的频率偏移方向与有功电流产生的频率偏移方向一致，使电网断开后频率迅速超过所设置的阈值而检测出孤岛，并对其进行量化分析，使孤岛算法在无检测盲区的基础上尽可能地减小对电网的影响。根据IEEE Std.1547测试标准对提出的方法进行仿真和实验验证。结果表明，提出的孤岛检测方法可以快速有效地检测到孤岛的发生，验证了提出方法的有效性。 关键词：并网逆变器频率偏移正反馈检测盲区 中图分类号：TM46 Islanding Detection for Grid-Connected Inverter Based on Reactive Current Control Shen Hong Zhou Wenfei Wang Hauibao San Guocheng Guo Xiaoqiang （Department of Electrical Engineering Yanshan University Qinhuangdao 066004 China）Abstract The islanding detection technology is necessary for grid connected inverter. The conventional active islanding detection methods have negative impacts on power quality due to the disturbance injection. In order to solve the problem, a new islanding detection algorithm based on reactive current control is proposed. As a result, the frequency offset direction by the reactive current is the same as that by the active current. The frequency will exceed the detection threshold quickly and the islanding can be detected after grid disconnection. Islanding detection was quantitatively analyzed to reduce the negative impacts on grid without non-detection zone. Simulation and experiment are carried out according to IEEE Std. 1547. The results reveal that the proposed method can quickly detect the islanding, which verify the effectiveness of the proposed method. Keywords：Grid-connected inverter, frequency shift, positive feedback, non-detection zone 0引言 近年来，分布式发电（Distributed Generation, DG）技术在世界各国快速发展。分布式发电技术不仅清洁环保、经济高效，而且供电可靠，能够提高整个电力系统的稳定性和灵活性，更减少了远距离输电造成的电能损耗，提高了整个电力系统的利用率和稳定性[1]。随着分布式发电系统渗入电网的程度日益加深，一旦电网出现故障，分布式发电系统与负载形成孤岛的概率就会增大，孤岛现象的存在会对用电设备和人生安全造成伤害[2]。因此，分布式发电系统在并网运行时必须具备孤岛检测功能，对开展孤岛检测研究具有重要意义。 孤岛检测方法大致分为三种[3-5]：基于通信的检测方法、无源检测方法和有源检测方法[6-9]。基于通 河北省自然科学基金项目（E201620315，E2015203407）、河北省引进留学人员资助项目（CL201622）和燕山大学青年教师自由研究计划课题（15LGB011）资助。 收稿日期 2016-06-12 改稿日期 2016-12-26
光伏并网逆变器的孤岛效应保护原理介绍(甘电投金塔)
光伏并网逆变器的孤岛效应保护原理介绍 所谓“孤岛效应”是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。 一般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响，主要包括： 电力公司输电线路维修人员的安全危害； 影响配电系统上的保护开关动作程序； 电力孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定现象； 当电力公司供电恢复时所造成的相位不同步问题； 太阳能供电系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题。 防止孤岛效应的基本点和关键点是电网断电的检测，为了能快速检测到电网断电，通常需要采用被动式和主动式两种“孤岛效应”检测方法，一旦确认电网失电，均会在几个周期内将逆变器与电网断开并停止逆变器的运行。我司并网逆变器采用了主动式与被动式相结合的孤岛效应检测方法： 被动式孤岛效应检测方法：实时检测电网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。 主动式孤岛效应检测方法：指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电。我司并网逆变器采用的是主动频移反孤岛策略，通过对输出电流在并网点的频率进行小的扰动，当电网有电时，该扰动对电网电压的频
率没有任何影响，当电网失电时，该扰动将会引起电网电压频率发生较大变化，从而判断电网是否失电。 当并网逆变器检测到电网失电后，在0.2秒内停止运行并与电网断开。当电网恢复供电时，并网逆变器并不会立即投入运行，而是需要持续检测电网信号在一段时间内完全正常(默认时间5分钟)，才重新投入并网运行。 并网逆变器孤岛效应保护流程简图
电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点
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
孤岛效应的含义及其检测方法
所谓孤岛效应(Islanding)是指分布式能源并网发电系统中，市电因人为切断或出现故障而停止向负载供电时分布式能源继续并网工作，从而使电网局部负载仍处于供电状态[28]。由于光伏发电系统与电网并联工作时，电网会因为故障、设备检修或者操作失误等原因停止工作，也就是说孤岛效应是光伏并网发电系统中普遍存在的一个问题。因此准确、及时的检测出孤岛效应是光伏并网发电系统设计中的一个关键性问题[29]。 4.1孤岛效应的分析 （1）孤岛效应概述 图4.1 光伏发电系统与电网链接示意图 图4.1是光伏发电系统与电网并联工作的示意图，如图所示：电网正常工作情况下，相当于开关S1, S2均闭合，电网和光伏发电系统同时向图中逆变器负载和电网负载供电；电网突然停止工作时，相当于开关S1闭合，S2打开，此时光伏发电系统继续向逆变器负载和局部电网负载供电，那么将会导致下列情况发生[30]：光伏发电系统功率较小，如果电网停止工作会失去对光伏发电系统输出电能的平衡控制能力，系统输出电能质量下降；危害到电力维护人员或用户的人身安全；当市电突然恢复时，光伏发电系统与电网相位不同步造成的冲击电流会损坏发电装置和设备；影响电网保护开关的动作，造成不必要的损失；因单相光伏并网发电系统继续供电，造成系统三相负载欠相工作。 （2）孤岛效应特性分析 逆变器与电网连接时功率流动情况如图4.2所示，其中变量名称及符号如下L C和R是逆变器的等效负载。 表所示，, r r --电网正常时逆变器输送到电网的有功功率P--逆变器输出有功功率；P
Q--逆变器输出无功功率；Q ?--电网正常时逆变器输送到电网的无功功率；g U --电网电压；i U --逆变器输出端电压。 图4.2逆变器输出功率流动示意图 a ）电网正常工作 如图4.2所示，电网正常工作状态下，相当于开关S 闭合。光伏并网发电系统输出的有功功率P 、无功功率Q 的一部分提供给等效负载，另外一部分有功功率P ?、无功功率Q ?传递给电网。根据逆变器输出功率与负载功率平衡的关系有公式（4.1）、（4.2）存在，其中g ω为电网电压的角频率[31]。 2 g U P P R =-? （4.1） 21g r g g r C U Q Q L ωω??-=-??????? （4.2） b ）电网停止工作 如图4.2所示，电网突然断电时，相当于开关S 断开。由于S 关断前后逆变器输出的有功功率P 、无功功率Q 近似保持不变，根据功率平衡的关系可得到： 2i U P R = （4.3） 21i r i i r C U Q L ωω??-=???? （4.4） 其中i ω是逆变器输出电压的角频率。根据逆变器输出有功功率的平衡关系，结合式（4.1）、（4.3）可得： 221g i U P P U ?=- （4.5）
逆变器工作原理
逆变器电路原理分析 1、逆变器的定义 逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能的一 种变换装置，是整流变换的逆过程。 车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或 KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将等提供的12V直流电，通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。 高频升压逆变控制电路： （1）脚第一组放大器的同相输入端，检测输出电流，与3个电阻分压，当电流过大时，分压电阻上的电压超过（2）脚基准电压，（3）脚放大器输出端输出高电平，（3）脚为高电平时，电路进入保护状态。（2）脚为比较器的反相输入端，接（14）脚基准，作比较器的参考电压，外部输入端的控制信号可输入至脚（4）的截止时间控制端（也叫死区时间控制），与脚（1）、（2）、（15）、（16）误差放大器的输入端，其输入端点的抵补电压为120mV，其可限制输出截止时间至最小值，大约为最初锯齿波周期时间的4%。当13脚的输出模控制端接地时，可获得96%最大工作周期，而当(13)脚接制参考电压时，可获得48%最大工作周期。如果我们在第4脚截止时间控制输入端设定一个固定电压，其范围由0V至之间，则附加的截止时间一定出现在输出上。（5）、（6）脚是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下： 输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。（7）脚接地端，（8）、（11）脚是Q1和Q2内部开关管的集电极，在此电路中接电源，(9)、(10)脚为Q1、Q2的发射极，作开关管驱动输出端，接下图中 Q1与Q2外部放大电路。以驱动后极推挽电路。（12）脚电源端，(13）脚为输出控制端，接(14)脚基准电压时两路输出脉冲相差180方位，每路输出量大约200MA的驱动推挽或半桥式电路。(15)、脚第二组放大器的反相输入端，接基准电压，（16)脚同相输入端，检测电源电压。当电压过高超过（15)脚参考电压时，（3）脚输出高电平，电路进入保护状态。 高频升压逆变电路及整流： 这是一个推挽式拓扑逆变电路，当E1驱动脉冲驱动时，Q1导通，使VT3、VT6导通，VT7、VT8截止，此时电路进行正半周波形放大，变压器升压到次级，通过高频整流管
电压型逆变器电流型逆变器的区别
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
正弦波逆变器设计
正弦波逆变器逆变主电路介绍 主电路及其仿真波形 图1主电路的仿真原理图 图是输出电压的波形和输出电感电流的波形。上部分为输出电压波形，下面为电感电流波形。 图输出电压和输出电感电流的波形 图为通过三角载波与正弦基波比较输出的驱动信号，从上到下分别为S1、S3、S2、S4的驱动信号，从图中可以看出和理论分析的HPWM调制方式的开关管的工作波形向一致。 图开关管波形 从图的放大的图形可以看出，四个开关管工作在正半周期，S1和S3工作在互补的调制状态，S4工作在常导通状态，S2截止；在负半周期，S2和S4工作在互补的调制状态，S3工作在常导通状态，S1截止。 图放大的开关管波形 图为主电路工作模态的仿真波形，图中从上到下分别为C3的电压波形、C1的电压波形、S3开关管的驱动波形，S1的驱动波形。从图中可以看出在S1关断的瞬间，辅助电容的电压开始上升，完成充电过程，同时S3上的辅助电容完成放电过程，S3开通。 图工作模态仿真波形 图为开关管的驱动电压波形和电感电流波形图，图中从上到下分别为电感电流波形、S3驱动波形、S1驱动波形。从图中可以看出当S1关断瞬间到S3开通的瞬间，电感电流为一恒值，S3开通后，电感电流不断下降到S3关断时的最小值，然后到S1开通之前仍然为一恒值，直到S1开通，重复以上过程。根据以上结论可以看出仿真分析状态和前面的理论分析完全符合。 图开关管的驱动电压波形和电感电流波形 2 滤波环节参数设计与仿真分析 输出滤波电感和电容的选取 对逆变电源而言，由于逆变电路输出电压波形谐波含量较高，为获得良好的
正弦波形，必须设计良好的LC 滤波器来消除开关频率附近的高次谐波。 滤波电容C f 是滤除高次谐波，保证输出电压的THD 满足要求。C f 越大，则THD 小，但是C f 不断的增大，意味着无功电流也随之增加，从而增加了逆变电源的 电容容量，同时会导致逆变电源系统体积重量增加，同时电容太大，充放电时间也延长，对输出波形也会产生一定的影响。 逆变桥输出调制波形中的高次谐波主要降在滤波电感的两端，所以L 的大小关系到输出波形的质量。要保证输出的谐波含量较低，滤波电感的感值不能太小。增加滤波器电感量可以更好地抑制低次谐波，但是电感量的增加带来体积重量的加大。不仅如此，滤波电感的大小还影响逆变器的动态特性。滤波电感越大，电感电流变化越慢，动态时间越长，波形畸变越严重。而减小滤波电感，可以改善电路的动态性能，则使得输出电流的开关纹波加大，必然增大磁滞损耗，波形也会变差。综合以上的分析，在LC 滤波器的参数设计时应综合考虑。 本文设计的LC 滤波器如图中所示，电感的电抗2L X L fL ωπ==,L X 随频率的升高而增大。电容的电抗为 112C X C fC ωπ==，C X 随频率的升高而减小。1L C ωω=所对应的频率为谐振频率c f ，即1c f =。设逆变器输出电压的基波频率为0f ，开关频率为s f ，则有0f =c f =s f 。由于0f =c f ，故 001L C ωω=，电感对基波信号的阻抗小，电容对基波分流信号很小，即基波器允许基波信号通过。由于c f =s f ，故1s s L C ωω?，电感对开关频率分量阻抗很大，电容对开关频率分量分流很大，即滤波器不允许开关频率分量通过，更不允许它的高次谐波分量通过。则该滤波器可以满足滤波要求。 由于采用了高频开关技术，输出正弦波的谐波分量主要集中在开关电源附近，因此谐振频率可以选得较高。 设1 ρ=，而谐振频率