三电平光伏并网逆变器和仿真
三电平光伏并网逆变器的控制策略研究
直接电流控制通过直接控制逆变器的输出电流，实现电流的快速调节。间接 电流控制则通过控制逆变器输出电压的幅值和相位，间接调节电流。两种方法各 有优劣，需要根据实际应用场景进行选择。
3、并网电压控制策略
并网电压控制策略以逆变器的输出电压为主要控制对象，通过调节电压幅值 和相位，实现与电网的同步。这种策略的主要目标是确保逆变器输出电压与电网 电压在相位和频率上保持一致，同时限制电压的幅值在安全范围内。常用的电压 控制策略包括单位功率因数控制和下垂控制。
因此，对三电平光伏并网逆变器的控制策略进行研究，对于提高太阳能光伏 发电系统的效率和稳定性具有重要意义。
相关技术综述
三电平光伏并网逆变器是一种具有中点箝位式的逆变器，其电路结构主要由 整流器、滤波器、逆变器、中点箝位单元和并网开关组成。工作原理是通过控制 逆变器输出的电压和频率，将太阳能电池板输出的直流电转换为交流电，并输送 到电网中。
1、多电平光伏逆变器概述
多电平光伏逆变器是一种具有高效率、低谐波、低损耗特性的逆变器，其并 网控制策略旨在实现直流电到交流电的转换，同时控制输出电流以满足电网的要 求。多电平光伏逆变器的并网控制策略主要包括电流控制和电压控制两种方法。
2、并网电流控制策略
并网电流控制策略以逆变器的输出电流为主要控制对象，通过调节电流幅值 和相位，实现与电网的同步。这种策略的主要目标是确保逆变器输出电流与电网 电压的相位和频率保持一致，同时限制电流的幅值在安全范围内。常用的电流控 制策略包括直接电流控制和间接电流控制。
在并网技术方面，三电平光伏并网逆变器具有较低的开关损耗、较高的开关 频率和较低的电磁干扰等优点。
控制策略研究
1、电压电流双环控制
电压电流双环控制是一种常见的控制策略，其优点在于可以同时控制逆变器 输出的电压和电流。该策略通过电压外环和电流内环两个控制环路，对外环进行 电压控制，对内环进行电流控制。同时，该策略还可以引入电网电流的反馈，
三电平光伏并网逆变器的设计和仿真
三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制策略研究发布:2011-09-07 | 作者: | 来源: mahuaxiao | 查看:436次 | 用户关注：摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。
在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进,调整了有效矢量的选择范围,并对开关次序进行优化。
该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。
仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。
1引言目前,多电平变流器以其突出的优点在高压大摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。
在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进, 调整了有效矢量的选择范围, 并对开关次序进行优化。
该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。
仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。
1 引言目前, 多电平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用,它不仅能减少输出波形的谐波，也易于进行模块化设计[1, 2]。
二极管中点箝位式(NPC)三电平拓扑结构即是高压大功率变频器的主流拓扑结构之一[3] 。
然而在三电平变流器的应用中, 也出现了一些问题，特别是共模电压问题。
目前，变频器共模电压的抑制方法主要有两种：一是外加无源滤波器等，或有源滤波器[4-6]，这类方法会导致体积和成本显著增加，且不易应用于高压大容量场合；二是通过控制策略从源头减小共模电压，文献[7]、[8]提出一种SPWM消除共模电压的调制方法。
该方式是通过异相调制来消除开关共模电压,但是存在直流电压利用率低、线性调制区过小的问题。
针对SPWM调制的电压利用率低、不利于运用于各种调制比工况下的缺点，本文从三电平逆变器共模电压形成机理出发，提出了一种基于优化电压空间矢量(SVPWM)方法, 可有效抑制三电平逆变器输出共模电压。
三电平光伏并网逆变器的设计和仿真
三电平光伏并网逆变器的设计和仿真三电平光伏并网逆变器是一种逆变器，可将光伏发电系统产生的直流电转换为交流电并注入电网中。
相较于传统的两电平逆变器，三电平逆变器具有较低的谐波畸变、较高的效率以及较低的损耗。
本文将主要介绍三电平光伏并网逆变器的设计和仿真。
首先，我们需要了解三电平光伏并网逆变器的工作原理。
该逆变器采用全桥拓扑结构，通过PWM控制技术将直流电转化为交流电。
在三电平拓扑中，单个逆变器开关可以处于三个可能的状态之一，产生三个不同的输出电平。
通过合理的控制逆变器开关状态，可以实现更接近纯正弦波形的输出。
接下来，我们需要进行三电平光伏并网逆变器的设计。
设计的关键步骤包括选择逆变器拓扑、选择开关器件以及设计控制策略。
逆变器拓扑的选择可以参考现有的研究成果和文献，如全桥拓扑、H桥拓扑等。
开关器件的选择需要考虑功率损耗、效率、成本等因素。
对于控制策略的设计，可以采用比例积分控制器，根据输入输出电流电压进行调节和控制。
设计完成后，我们可以使用电路仿真软件进行三电平光伏并网逆变器的仿真。
常用的电路仿真软件包括PSIM、Simulink等。
通过仿真，可以验证逆变器的性能以及输出波形是否满足要求。
在仿真过程中，需要输入逆变器的直流电源电压、负载的电阻值以及逆变器的控制信号等参数，以获取准确的仿真结果。
总结起来，三电平光伏并网逆变器的设计和仿真需要进行逆变器拓扑选择、开关器件选择以及控制策略设计等关键步骤，并可以通过电路仿真
软件进行验证。
这种逆变器在光伏发电系统中具有重要的应用价值，可以提高发电系统的效率和稳定性。
三电平逆变器系统仿真
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三 电 平 逆 变 器 系 统 仿 真
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三相光伏并网逆变器的设计与仿真
ｌｏｔ ｏｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｐａｒｔ；Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｔｏ ｃｈｏｏｓｅ ｔｈｅ ＤＳＰ
ｃｈｉｐ ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７；ｂｒｉｎｇ ｏｕｔ ａ ｎｅｗ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｙｂａｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ
三、能源消费引起的环境问题
化石能源的大量利用对人类生存环境也有着同趋严重的破坏作用。据报道，目 前由于大量使用常规能源，全世界每天产生ｌ亿吨温室效应气体，造成很严重的大
第一章绪论
气污染。若下个世纪温室效应融化两极的冰山，使海平面上升几米，则四分之一的 人类的生活空间将受到威胁。可见人类文明的高度发展与生存环境的极度恶化，形 成了强烈的对比。
最后，让我们来预测一下今后的能源消费。现在地球入口约６０亿，到２１世纪 中叶，预计将达到１００亿人。光从人口增长的数字来看，能源消费的增加将是惊人 的。另外，目前的能源消费结构上，仍存在着很大的南北差异，即工业发达国家使 用量为总能源的３／４，人均消费量经消费美国最高，为世界平均水平的５倍以上。 我国的人均消费量还相当低，还不到１／１０的国家还有很多。因此，今后的能源消费 必须考虑生活提高的对比，能源不足的情形是可以想象的。 地球上的能源终将是 有限的，如同只伐树而不植树，森林也会变成荒原一样，如此大量的消费，世界的 能源资源也将会枯竭。现在世界能源消费以石油换算约为８０亿吨／年，按４０亿人计 算，平均消费量为２吨／人·年。以这种消费速度，到２０４０年，首先石油将出现枯竭； 到２０６０年，核能及天然气也将终结。地球的能源已经无法提供近１１６亿人口的能
光伏并网逆变器复用技术仿真研究
光伏并网逆变器复用技术仿真研究摘要：光伏并网逆变器的富余功率容量可以补偿非线性负载的谐波电流。
采用能量回馈MPPT算法能够将有功功率逆变器控制与光伏电池输出电压控制结合起来，达到较高的能量效率。
利用FBD算法能够实时检测非线性负载电流中的谐波成分，并加以补偿。
仿真模型和结果验证该方法的有效性。
关键词：光伏电池；并网逆变器；有源电力滤波器；最大功率点跟踪引言目前，全世界共同面临的能源短缺与全球气候变化已经成为制约经济发展，甚至威胁人类生存的重大问题。
现代工业的发展给电网带来了大量的谐波电流污染，致使电能利用效率降低，损耗严重。
取之不竭的太阳能成为最有发展前途的新能源之一。
太阳能光伏电池组的并网逆变器是按照最大功率需求设计的，工作中极少满负荷运行，夜晚时段更是处于空载状态。
有源电力滤波器（ActivePowerFilter，APF）对于解决谐波问题具有技术优势，但因价格昂贵其应用受到很大限制。
利用光伏并网逆变器的功率余量代替APF，补偿电网中的谐波电流，可以提高设备利用率，减少电网损耗，实现"开源"和"节流"并举，有重大的经济效益和技术优势。
本文以三相光伏并网逆变器的复用技术为重点，在Matlab/Simulink环境下建立了光伏电池组的仿真模型，研究了最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）控制、电网谐波电流检测算法、逆变器输出电流控制算法，能够实现光伏电池的有功功率并网发电同时兼顾无功补偿和谐波治理，仿真模型和结果证明了这种方案的正确性，也为仿真技术在光伏并网和节能方面的应用开辟了新的应用领域。
1光伏电池组I-V特性光伏电池单元由同一半导体基体上的多个串、并联的PN结组成，在无光照条件下与普通二极管特性一样，只有在光线照射下才能产生电势。
光伏电池单元可以用光生电流源与旁路二极管表示，为了更接近实际情况加入了结电容、分布电阻等参数，其等效电路如图1所示。
三电平逆变器仿真
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随着交流调速及电力电子装置等非线性设备 在工业、交通及家电中的大量应用，电网中的无功 和谐波污染日益严重。 与传统的逆变器相比,目前 以二极管中点箝位型结构为代表的三电平逆变器更 适合用于控制高电压、大功率电机,且具备输出电压 波形谐波含量低,跳变(du/dt)引起的电磁干扰小等优 点
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三电平逆变器仿真
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基于SVPWM的三相三电平逆变器仿真
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基于MatlabSimulink的三相光伏发电并网系统的仿真
基于Matlab-Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：题目：基于Matlab/ Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真院系：姓名：学号：导师：目录一、背景与目的 (3)二、实验原理 (3)1.并网逆变器的状态空间及数学模型 (3)1.1主电路拓扑 (4)1.2三相并网逆变器dq坐标系下数学模型 (4)1.3基于电流双环控制的原理分析 (5)2.L CL型滤波器的原理 (6)三、实验设计 (8)1.LCL型滤波器设计 (8)1.1LCL滤波器参数设计的约束条件81.2LCL滤波器参数计算81.3LCL滤波器参数设计实例92.双闭环控制系统的设计 (10)2.1网侧电感电流外环控制器的设计 (10)2.2电容电流内环控制器的设计 (11)2.3控制器参数计算 (11)四、实验仿真及分析 (12)五、实验结论 (16)一、背景与目的伴随着传统化石能源的紧缺，石油价格的飞涨以及生态环境的不断恶化，这些问题促使了可再生能源的开发利用。
而太阳能光伏发电的诸多优点，使其研究开发、产业化制造技术以及市场开拓已经成为令世界各国，特别是发达国家激烈竞争的主要热点。
近年来世界太阳能发电一直保持着快速发展，九十年代后期世界光伏电池市场更是出现供不应求的局面，进一步促进了发展速度。
目前太阳能利用主要有光热利用，光伏利用和光化学利用等三种主要形式，而光伏发电具有以下明显的优点：1. 无污染：绝对零排放－没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”；2. 可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，具有理想的可持续发展属性；3. 资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间是否丰富之分；4. 通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储；5. 分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义；6. 资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用；7. 灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成，容量可大可小，扩容方便，保持系统运转仅需要很少的维护，系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件；8. 光伏建筑集成（BIPV-Building Integrated Photovoltaic）：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。
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三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制策略研究
发布:2018-09-07 | 作者: | 来源: mahuaxiao | 查看:436次 | 用户关注：
摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。
在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进,调整了有效矢量的选择范围,并对开关次序进行优化。
该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。
仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。
1引言目前,多电平变流器以其突出的优点在高压大
摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。
在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进, 调整了有效矢量的选择范围, 并对开关次序进行优化。
该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。
仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。
1 引言
目前, 多电平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用,它不仅能减少输出波形的谐波，也易于进行模块化设计[1, 2]。
二极管中点箝位式(NPC>三电平拓扑结构即是高压大功率变频器的主流拓扑结构之一[3] 。
然而在三电平变流器的应用中, 也出现了一些问题，特别是共模电压问题。
目前，变频器共模电压的抑制方法主要有两种：一是外加无源滤波器等，或有源滤波器[4-6]，这类方法会导致体积和成本显著增加，且不易应用于高压大容量场合；二是通过控制策略从源头减小共模电压，文献[7]、[8]提出一种SPWM消除共模电压的调制方法。
该方式是通过异相调制来消除开关共模电压,但是存在直流电压利用率低、线性调制区过小的问题。
针对SPWM调制的电压利用率低、不利于运用于各种调制比工况下的缺点，本文从三电平逆变器共模电压形成机理出发，提出了一种基于优化电压空间矢量(SVPWM>方法, 可有效抑制三电平逆变器输出共模电压。
并通过
Matlab/Simulink软件对该方法进行了仿真验证, 结果表明效果良好。
2 光伏三电平逆变器及其共模电压
本文研究的三电平光伏逆变器系统如图1所示。
其输入为光伏阵列的直流电压，逆变器主拓扑为NPC三电平结构。
设直流母线电压的幅值为Vdc,用开关状态字“1”,“0”和“-1”分别表示逆变器每相输出为+Vdc/2、0和-Vdc/2的三种状态,则三相三电平逆变器总共有27种不同的开关状态。
根据幅值和相位可以画出三电平逆变器的电压空间矢量图，具体如图2所示。
对于三电平逆变器而言, 必须保证输出电压的基波分量幅值与输出频率成一定的正比关系变化, 其共模电压的计算与它们的触发方式有关。
设Ua、Ub、Uc分别为逆变器的三相相电压。
根据三相三线制的对称性原理, 推得三相输出电压波形的共模电压为：
因而，对应三相三电平每一种开关序列的共模电压大小如表1所示。
表1 输出控制字与共模电压的关系
通常的空间矢量调制策略都会使用图2中所记载的19种有效矢量，以达到直流母线电压利用率高，输出谐波小。
但是会带来较大的输出共模电压，最高VCM幅值会达到了Vdc/3。
图3显示的是母线电压Vdc＝600V时，一种普通SVPWM产生的共模电压最大幅度达到了200V, 这样大的共模电压会对系统造成很大的不利影响。
图3 普通SVPWM下共模电压波形
3 抑制共模电压SVPWM原理
从表1中的27种状态可以看出, 对于可控的PWM输出波来讲, 其输出共模电压的幅值在0Vdc～Vdc/2之间变化。
欲减小共模电压，应尽量不使3个输出
端与同一“+”极性端或“-”极性端连接, 避免2个端子一起接到“+”极性端或“-”极性端，而另一个端子接到直流中性点, 如使用表中D类的7个状态字, 此时逆变器的输出共模电压为0，但不能只选用Ｄ类矢量，因为那样虽能很好
的抑制共模干扰，但却因为少的合成矢量会造成参考电压过渡不平滑，使得逆
变器输出线线间电压波形变差，因此需要均衡考虑共模差模问题。
本文所研究
的SVPWM算法中，就是选择合理输出共模电压较小的矢量来合成参考电压矢量。
由表1可见(111,-1-1-1>，(110,101,011, 0-1-1,-10-1,-1-10>八个开关状态
造成了很大的共模干扰，因此，本研究就避开这八个开关状态(即图2中方框中的矢量>，这样就能从源头上降低逆变器的共模输出电压。
本文具体采用CDE三类矢量，这样，理论上即可以把逆变器输出共模电压
幅值降为Vdc/6。
然而可用矢量的减少使得无法采用传统的七段式脉冲触发序列，因此，本策略采用五段式脉冲触发序列。
基于以上分析，可依据下列步骤实现SVPWM算法：
① 确定当前矢量的幅值和角度；
② 判断参考矢量所处的扇区及区域；
③ 确定构成该矢量的实际开关矢量；
④ 确定开关矢量的作用时间及工作顺序。
具体矢量计算方法见文献[3]，本文以图4Ⅰ扇区F区为例，在F区中各矢
量持续时间为：
式2中：ta，tb，tc分别表示矢量V1、V8、V7在一个PWM周期内的持续
时间；；A为输出电压调制比；Ts为开关周期。
开关变换次序为(100，10-1，
1-1-1，10-1，100>，考虑共模电压抑制后的输出矢量时序如图5所示。
对于该扇区的其它小三角形，按照以上过程，确定矢量作用顺序，计算三角形顶点开
关矢量作用时间。
同理，可以计算出其他扇区内各三角形顶点开关矢量作用时间。
4 仿真验证和分析
根据三电平NPC逆变器数学模型和控制策略，验证本文提出的三电平空间矢量调制算法及其共模电压抑制策略的有效性，针对三相电网负载进行了仿真研究，使用的是MATLAB7.0。
以Simulink为平台，SimPower System工具箱为辅助。
考虑到用最短的时间得到结论，模块中的控制算法用基于解释的S文件实现。
三电平五段法在每个采样周期内有一相开关不动作，比三电平七段法减少了每个采样周期内开关次数，从而减小了开关损耗，提高了效率。
由于在一个开关周期内开关次数减少了，逆变输出电压(电流>的THD有所增大，这就对控制器参数和输出滤波器的设计有了更高的要求。
图6为NPC三电平逆变器的总体结构框图，其中Three-level Bridge为NPC逆变器主拓扑，Three-phase V-I Measurement为主测量模块，SVPWM模块负责产生PWM波。
图6 NPC三电平仿真模型
仿真参数和实验波形如下：电网参数：Em=200V，f=50Hz；滤波电感：
LS=1.28mH。
直流母线电压Vdc=600V。
开关频率fS=10kHz，采样频率fN=10kHz。
图7至图10为仿真实验结果波形图。
对三相输出的相电压和线电压的频谱进行分析，线电压的THD为1.25%，经输出电感滤波后得到正弦波幅值为311.4V, THD下降到0.27％，如图8所示。
相电压的THD为23.96%，主要表现为3次谐波，与普通SVPWM/控制策略下输出相电压(图9>相比较可知，谐波含量还略有
下降。
图10为采用优化SVPWM 算法后的共模电压仿真波形。
从图中可以明显看出，该方法可将共模电压完全抑制到直流电压的1/6，为100V。
图10 输出共模电压波形
5 结束语
本文提出了一种简略矢量选择的SVPWM 方法，通过特定的矢量合成算法，
将共模电压抑制到其直流母线电压的1/6。
分析和仿真表明, 该方法可以将共
模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，即Vdc/6，克服了目前一些SPWM方
法的缺陷。
此外, 本方法用软件实现, 无需增加硬件成本, 不仅对其它领域三
电平逆变器控制设计有良好参考意义，也具有广阔的应用价值。
申明：
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