浅论单相双级式光伏并网逆变器
单相光伏并网逆变器控制策略研究
单相光伏并网逆变器控制策略研究
随着能源需求的快速增长和环境保护意识的提高，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注和应用。
而光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其控制策略的研究对于提高光伏发电系统的性能和效率具有重要意义。
在单相光伏并网逆变器的控制策略研究中，首先需要考虑的是逆变器的稳定性和可靠性。
在逆变器设计中，采用合适的控制算法，能够有效提高逆变器的稳定性，减少系统的故障率。
同时，还需要考虑逆变器的输出电压和电流的波形质量，以保证光伏发电系统的输出功率稳定和高效。
另外，单相光伏并网逆变器的控制策略研究还需要关注逆变器的响应速度和动态性能。
在光伏发电系统中，由于天气变化等原因，光伏电池的输出功率会发生变化，因此逆变器需要具备快速响应的能力，以实现对光伏电池输出功率的有效控制。
此外，单相光伏并网逆变器的控制策略还需要考虑并网电网的要求。
在并网过程中，逆变器需要满足电网的电压和频率的要求，同时还需要具备对电网电压和频率的检测和保护功能，以确保光伏发电系统与电网之间的安全运行。
最后，单相光伏并网逆变器的控制策略还需要考虑逆变器的效率和功率因数。
在光伏发电系统中，逆变器的效率和功率因数
直接影响系统的发电效率和经济性。
因此，在控制策略的设计中，需要综合考虑逆变器的效率和功率因数的优化。
综上所述，单相光伏并网逆变器的控制策略研究涉及逆变器的稳定性、波形质量、响应速度、动态性能、并网要求、效率和功率因数等多个方面。
通过合理设计和优化控制策略，能够提高光伏发电系统的性能和效率，进一步推动光伏发电技术的发展和应用。
光伏单相逆变器并网控制技术研究
光伏单相逆变器并网控制技术研究
随着我国政府大力推动新能源发展，光伏发电逐渐成为首选的可再生
能源技术。
光伏发电装置的越来越多，需要对它们进行有效控制。
光伏单
相逆变器也被广泛应用于光伏电站，但其中存在很多技术难题，比如如何
控制，需要采用哪些技术实现良好的控制效果等等。
因此，这一技术也成
为了无线发电系统最为核心的技术之一，以获得充分的能源利用率。
并网控制技术的主要内容包括：首先建立一个虚拟阻抗网络，通过控
制逆变器的输出功率来调整虚拟阻抗网络的电压，以实现实时监控电网和
光伏发电装网络的同步；其次，利用智能传感器识别和检测光伏发电系统
的异常情况，将异常情况及时上报到管控平台，实现对光伏发电系统的远
程控制；最后，利用逆变器自身的电源调节功能，当无功补偿变化较大时，调整有功功率来达到平衡。
此外，光伏单相逆变器并网控制技术还应用于电能质量改善技术，实
现电能质量改善技术的节省投资。
哈尔滨工程大学科技成果——单相光伏并网逆变器
哈尔滨工程大学科技成果——单相光伏并网逆变器项目概述
光伏并网发电系统是指由太阳能电池组件、并网逆变器及配电系统组成的发电系统。
光伏电池阵列将太阳能转换为直流电力并输送到并网逆变器。
并网逆变器将直流电逆变为与电网同频率、同相位的交流电，并将此电力并入电网。
哈尔滨工程大学电气工程研究所研制的光伏并网逆变器（支持离网独立运行）具备快速稳定的MPPT（最大功率点跟踪）能力，对电网电压波形畸变和谐波阻抗大范围变化具有良好的适应能力。
并网电流正弦度好，谐波含量小。
已通过相关机构的电磁兼容测试和认证。
技术特点
整体采用基于ARM控制器的控制系统，成本低，控制性能优异；主电路采用IPM模块，结构简洁；采用先进的控制算法；直流输入电压范围宽；转换效率高；保护功能完善，运行可靠性高；通讯接口丰富；采用图形液晶显示器，支持中英文选择。
项目成熟情况
现有3000W逆变器、5000W逆变器成品样机，已经过现场验证。
可根据实际需求研制满足不同需求的逆变器。
应用范围
用于太阳能发电等有逆变器需求的场所。
并网逆变器简介介绍
针对风力发电系统的特性，并网逆变器需具备低 电压穿越能力，确保在电网故障时能够保持持续 运行。
风能资源最大化利用
并网逆变器配合风力发电机组，实现风能资源的 最大化利用，提高风力发电系统的经济效益。
并网逆变器的发展趋势与前景展望
高效率与高可靠性
智能化与数字化
未来并网逆变器将更加注重提高转换效率 与运行可靠性，降低设备故障率，提高整 个发电系统的经济效益。
各种并网逆变器的特点比较
适用场景不同，各有优缺点。
不同类型的并网逆变器适用于不同的场景和 需求，具有各自的优缺点。单相并网逆变器 适合小型应用，成本低但效率相对较低；三 相并网逆变器适合大型应用，效率高但成本 相对较高；模块化并网逆变器则具有灵活性 和可维护性优势。在实际应用中，需根据具 体需求和预算选择合适的并网逆变器类型。
可靠性：电力电子技术可确保逆变器在宽电压范围内稳定工作，且具有高可靠性和 长寿命。
通过以上核心技术的运用，并网逆变器能够实现高效、稳定、安全的运行，为太阳 能光伏发电系统的并网发电提供重要保障。
04发电系统中的应用
光伏并网逆变器概述
在光伏发电系统中，并网逆变器扮演着关键角色，它将光伏组件 产生的直流电转换为交流电，并同步并入公用电网。
并网逆变器简介介 绍
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目 录
• 并网逆变器概述 • 并网逆变器的类型与特点 • 并网逆变器的核心技术 • 并网逆变器的应用与发展趋势 • 并网逆变器的选择与考虑因素
01
并网逆变器概述
并网逆变器定义
• 并网逆变器，又称并网型逆变器，是一种将直流电转换为交流 电，并使其与电网同步运行的逆变器。它能够把由太阳能、风 能等可再生能源产生的直流电转换为与电网兼容的交流电，实 现向电网输送电能的功能。
单相并网光伏逆变器可控功率输出运行模式探讨
单相并网光伏逆变器可控功率输出运行模式探讨摘要：微型电力网有两种工作模式：并网运行模式和独立运行模式。
在含有光伏发电装置的微型电力网独立运行模式下，为保持微型电力网内的电压和频率稳定，必须保持各微源和负载之间的有功功率平衡和无功功率平衡，因此光伏发电装置有时需要工作在可控功率输出模式下（而不是工作在通常的最大功率输出模式下）。
本文首先分析了光伏电池组的输出特性，根据光伏电池组的输出特性制定了并网光伏逆变器的输出功率控制策略，仿真结果证实了控制策略的有效性。
根据此控制策略，制作了基于DSP芯片TMS320F2403A的单相光伏并网逆变器。
在输出电流相位跟踪方法上，摒弃了传统的电压相位计算方法，利用DSP芯片的特殊指令结构结合傅立叶分析的方法实现了基波电压相位的实时快速跟踪。
采用快速开关的MOSFET而不是IGBT作为功率输出级，将开关频率提高到100KHz，有效地减小了连接电感的体积。
实验结果验证了仿真结果。
关键词：微型电力网并网光伏逆变器傅立叶分析一、光伏电池组的输出电流和输出电压的关系由于光伏电池组的输出电流和输出电压的关系和单个光伏电池的输出电流和输出电压的关系在表现形式上相似，区别仅在于等效公式参数上的不同，因此完全可以用单个光伏电池的经典等效公式代替光伏电池组的等效公式，即有：对此公式进行求导，得：根据公式(2),很明显 <0。
由此可得I和U的关系是单调变化的，可以通过调节输出电压U达到调节输出电流I的目的，进而达到调节输出功率的目的。
电压-电流仿真曲线和电压-功率仿真曲线示于图1和图2中:图1.输出电压和输出电流的仿真曲线图2.输出电压和输出功率的仿真曲线二、光伏发电装置的输出功率调节模式单相光伏并网发电装置的原理框图示于图3:图3.光伏发电装置原理框图1.输出功率的简单调节模型。
在光伏电池组输出特性曲线上，最大功率点左侧电流几乎保持不变，通过改变输出电压，可以有效改变输出功率。
第五章--单相并网逆变器
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。
光伏并网逆变器的研究及可靠性分析
光伏并网逆变器的研究及可靠性分析光伏并网逆变器的研究及可靠性分析摘要：光伏逆变器是光伏发电系统的关键设备，其性能好坏直接决定整个光伏发电系统能否安全、可靠、高效地并网发电。
本文主要研究适用于并网型光伏发电系统的逆变器。
关键词：光伏并网发电系统；逆变器；可靠性分析光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中必不可少的设备之一，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能和投资.1光伏并网逆变器1.1 光伏逆变器的类型光伏逆变系统负责将光伏板产生的直流电转变为交流电输入电网或直接供给负荷，其结构包括DC/AC主电路以及DC/DC转换电路、变压器、检测单元和控制器等外围辅助装置。
为了保证光伏发电的稳定性和高效性，光伏逆变通常具备最大功率点跟踪（MPPT）、电压频率和相位调制、防孤岛和低电压穿越等功能。
光伏逆变器的分类方式多种多样。
根据逆变器的输出波形可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器；根据逆变控制方式可分为调频式（PFM）逆变器和调脉宽式（PWM）逆变器；根据逆变器输出相数可分为单相逆变器和三相逆变器等；根据逆变系统直流侧所连接的光伏阵列、光伏组串和光伏组件的区别，将光伏逆变器分为集中式逆变器、组串式逆变器和组件模块。
1.2光伏并网对逆变器的要求作为光伏阵列和交流电网系统间进行能量交换的逆变器，其安全性、可靠性、逆变效率、制造成本等因素对光伏并网发电系统的整体投资和收益具有举足轻重的作用。
因此，光伏并网发电系统对并网逆变器有如下要求：（1）从光伏并网发电系统角度考虑，需避免对公共电网造成污染；这就要求逆变器在并网输出时能够向电网馈入失真度小的正弦波电流。
通常情况下，逆变器的开关频率对波形的失真度有较大影响，频率越高，经过滤波器后输出电流更接近标准的正弦波。
基于DSP的数控逆变系统当中，能够将光伏并网发发电系统逆变器的开关频率提高，使输出电流正弦度得到有效提升。
与此同时，为了确保其开关频率的性能，还有必要优化选取逆变器主功率元件[2]。
光伏并网逆变器原理(详细)PPT课件
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内部资料
讨论内容：
一、常见光伏并网逆变器的拓扑结构
二、光伏并网逆变器相关技术要点
2.1 效率
2.2 直流输入电压适应范围
2.3 可靠性（保护配置方式和种类）
2.4 并网电流谐波
2.5 逆变控制策略
2.6 最大功率点跟踪方式
2.7 锁相技术特点
2.8 孤岛效应检测技术
•直接逆变系统 •工频隔离系统
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一 常见光伏并网逆变器的拓朴结构
• 高频隔离系统
• 高频升压不隔离系统
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• 多DC-DC（MPPT）、
单逆变系统
1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构
1.1 直接逆变系统
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1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构
直接逆变系统的优缺点
优点：
•省去了笨重的工频变压器：高效率（>97%）、重量轻、结构简单。
成本低。 缺点： (1)太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压， 对人身安全不利。 (2) 直流侧太阳电池MPPT电压需要大于350V。这对于太阳电池组 件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。
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1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构
1.2 工频隔离系统
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1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构
2.9 监控软件和附件
三、 阳光电源相关产品介绍
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四、 相关业绩
一 常见光伏并网逆变器的拓朴结构
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• 光伏并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、计量装置及配电系
统组成。
• 太阳电池产生直流电能。
• 通过光伏并网逆变器直接将电能转化为与电网同频、同相的正弦波电
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浅论单相双级式光伏并网逆变器
单相双级式光伏并网系统就是用直流电和可变电阻来模拟太阳能电池的输出特性曲线，根据其工作原理来分析理论上的可行性，并进一步提出改进的变步长占空比扰动法，这样能有效提高快速性还有高效性。
逆变器是以DSP为核心的并网策略，设计有并网逆变器电压、电流双闭环控制系统。
双环中的外环是直流电来控制的，直流输入更加稳定。
而内环则是并网电流控制的，输出电流与电网电压频率相同，相位也相同。
现在还有一种有效跟踪锁相精度的软硬件组合的改进方法。
而根据实验的结果，能发现并网逆变器可以最大功率进行点跟踪，还可以使输出电流的精确跟踪电网电压。
标签：单相双级式光伏并网逆变器；最大功率点跟踪；锁相环
太阳能是目前来说最清洁、规模最大、前景最好的可再生能源之一，太阳能光伏利用是很重要的发展走势。
另外，高性能数字信号处理器（DSP）也使得一些控制策略能应用与光伏并网逆变器。
而对太阳能并网的发电系统重要部分就是最大功率点跟踪MPPT（Maximum Power Point Traching）还有并网控制策略来进行一个更为深入的研究。
1 单箱双极式光伏并网系统
为了让太阳能电池实现最大化的效率，能将太阳能转化成电能，就必须对其进行MPPT。
其中，光照强度、环境温度等都是不可控的条件，并且变化周期比较长，因此对MPPT的控制有很多不便之处。
怎样能模拟太阳能电池的输出特性，能够使其简化研究中一些过程，还要控制其工作点来实现大功率输出是现在需要解决的一个问题。
以TMS320LF2407为例，由光伏阵列，DC/AC逆变环节，DC/DC变换环节，隔离变压器还有负载构成系统。
DC/DC用来完成光伏阵列MPPT控制，DC/AC 完成直流逆变为交流。
随后还要完成系统并网运行。
Boost升压电路用在前级DC/DC中，由二极管，开关管，电感和电容所组成。
当开关通时，二极管反偏，阵列向电感储存一定的电能，电感电流增大。
开关关闭时，二极管导通，电感和阵列一起供给能量给电容，电感电流变小。
电池阵列输出电流，要根据输入的电压开关所占空比。
后级DC/AC逆变器用了全桥逆变，能够反向续流。
可以在主电路配有工频变压器来保障与电网电压的匹配，并且和发电系统隔离开。
在整个系统里，太阳能电池可以输出额定50～100V的直流电压，并通过DC/DC转换成400V的直流电，再通过DC/AC得到220V的交流电，这样和电网电压就同频同相了。
2 太阳能电池特征和模拟电路
太阳能板是由许多电池板组成的，每个电池都是P-N截面的半导体，可以
直接转换光能。
当其电池输出电压最大的时候，功率很小，在特定光强和环境温度下，必须使其在特定电压或者电流之下才可以输出最大功率。
对太阳能电池进行MPPT实验，用直流电和可变电阻模拟其输出特性的曲线，电压来模拟太阳能电池输出电压，设置功率变换电路，DC/DC变换器用Boost 变换器。
对光伏发电系统来说，如果阵列输出电流不能连续，就会造成能量的部分损失。
并且，大多光伏阵列输出电压比较低，而负载则需要在较高电压下工作，所以需要电压提升和输入电流要连续工作的Boost电路才能完成这个光伏系统的MPPT控制器。
3 MPPT和变换器的控制
可以用一种变步长的占空比扰动法来实现此项MPPT的功能，其工作原理为：对太阳能电池在不同工作地点进行检测其输出功率，然后对比，找出其确定日照与温度条件下输出最大功率的时候所相对的占空比。
方法有两种：
3.1 让电池在某个确定占空比工作，检测输出功率，以定步长L1扰动PWM 信号的占空比。
将输出功率铅华和扰动前的进行对比，如果值变大，表示扰动的方向无误，如果值减小，则把反方向L1为步长再次扰动。
直到功率得出最大值。
3.2 设置一个功率Px作为一个起始值，然后选择较小的步长L2，搜索的方法与1相同，直到找出最大值（最大功率点）。
以此类推，等到步长减小为最小单位的时候则可以找到最大功率点Py。
此外需要注意，如果Pn=Pn-1，就是二者是最先搜出的最大功率点，需要停止搜索，然后进行下一轮。
与传统占空比扰动法比起来不同之处为，每当找到最大功率点Pm之后，不能进行扰动了，则是要停止。
这样可以避免浪费能源，提高系统的效率。
在扰动停止之后，检测系统输出功率然后和Pm进行比对，若相同则是最大功率点，不同则继续寻找。
4 实现并网控制
4.1 电流控制
为了保证系统能够正常和稳定的运行，首先要采用调整逆变器输出电压大小还有相位控制系统有功和无功的输出问题，用锁相控制技术来与市电进行同步。
但是又因为锁相回路响应慢，这样就不容易精确控制其输出电压了。
因此要采用电流控制，先要控制逆变器的输出电流，跟踪电网的电压，使其相同。
这样可以保持系统功率因数是1，可以和电压源并联运行。
这个方法是运用较多，控制方法也比较简单的。
4.2 电压电流双闭环控制
让其逆变器输出的电流跟踪电网电压，保证频率和相位与其一致。
太阳能光伏并网系统用双闭环控制策略，双闭环的外环是直流电压控制的，这样能控制并网逆变器直流输入端的电容电压更稳定。
内环则是并网电流控制的，这样能控制并网逆变器的输出电流还有电网电压能够相同一致。
外环电压值为MPPT输出值，反馈值是阵列输出电压值，二者间进行误差调节。
4.3 实现同步锁相环
同步锁相环可以保证并网电流和电压严格同频和同相，因此在发电系统中是非常重要的。
其功能是调节逆变器来输出电流，让其与电网电压慢慢达到同步锁定的状态，这个系统中的锁相控制的环节是由硬件和软件的部分来实现的。
进行这个过程的同时，需要F2407来采集电网电压信号的准确相位，并要有硬件电路的辅助，把电网正弦波的电压信号进行过滤，然后转成同步的方波信号，它们具有相同过零点，也就是所谓的过零点产生脉冲跃变。
方波信号输入F2407的外部中断口后，捕捉电网电压的过零点。
在检测到有同步信号时候便产生同步中断。
然后指针复位。
再把PI调节，得到电流指令，与正弦表指针相对的数据相乘即可。
5 结束语
本文中的有输出隔离变压器的单箱双极式光伏并网逆变器，可以适应宽范围的直流输入电压，较低开关的频率之下能用调制方式改善并网电流的波形，可以使电流总畸变率小于3%，能够有效减少开关的损耗，提高工作效率。
其控制电路的芯片采用的是TI公司的TMS320LF2407A，前级DC/DC变换器可以实现MPPT，后级DC/AC逆变环节可以让输出电流和电网的电压相同频率、相位，还能得到单位功率因数。
这种变换器还能改进变步长占空比扰动观察法，集成了传统扰动法的优点还能在不同的寻优阶段用不同步长进行最大速度跟踪系统的最大功率点，提高了系统的快速还有高效性。
在扰动到步长比特定值小了之后，保持当前点的稳定，这样可以减少因扰动带来的功率损耗，还可以进一步接近理论上最大功率点。
后级逆变器用的是全桥逆变电路，其利用电流、电压双闭环控制来达到同电网电压频率、相位一样的电流。
在整个实验中，该工作系统的稳定性较好，性能更可靠。
参考文献
[1]戴训江，晁勤.一种新颖的并网逆变器自适应电流滞环控制策略[J].电力自动化设备，2009，29（9）.
[2]罗明，杨金明.双极式光伏系统最大功率点跟踪研究[J].电力电子技术，2009，43（5）.
[3]杨军.光伏并网逆变器的研制[J].北京交通大学，2007.。