燕山大学本科毕业设计（论文）
内部直流母线，可以使系统的灵活性大为提高：输出端无工频变压器隔离，采用最新的电网阻抗检测和交、直流剩余电流检测来实现有效保护。
图1-2 Sunny Boy 逆变器
与SMA 相比较，西门子并网光伏逆变器则采用主从式构建系统，由主逆变器和若干个从逆变器来组建用户要求容量的并网光伏系统，灵活性和 系统扩展等均没有SMA 的强。
除SMA 和西门子外，美国Satcon 公司也根据光伏市场需要推出自己产 品，系列覆盖了中、大功率范围，也可将多台中功率的逆变器并联构成系统 而且逆变器中也集成了最大功率跟踪环节。
1.2.2 国内研究现状
由于我国光伏发电等可再生能源发电技术的研究仍然处于起步阶段，技术水平相对国外还有一定差距。就并网型光伏发电系统的核心技术并网型逆 器而言，合肥工业大学能源研究所、燕山大学、上海交通大学、中国科学院电工研究所等科研单位在这一方面进行了相关的研究，并且在“九五”、“十一五”期间，国家科技部投入相当数额的经费进行开发工作。合肥阳光的正弦波并网充放电装置虽不是专门为并网光伏设计，但是也可应用在并网光伏系统中。国内对并网光伏逆变器的研究比较多的采用最大功率跟踪和逆变部分相分离的两级能量变换结构，而且市场产品的种类还相对单一。并网光伏发电系统在我国还没有真正地投入商业化运行的应用，目前所建并网光伏系统如：深圳世博园1MW 并网光伏系统、首都博物馆300KW并网光伏系统都为示范工程。并网光伏发电系统的核心并网型逆变器还主要依赖进口或者
4
第1章 绪论
合作研究的方式获得，因此掌握并网光伏发电系统的核心逆变器技术对推广并网光伏系统有着至关重要的作用。
1.3光伏逆变器的发展趋势
对于太阳能逆变器来讲，提高电源的转换效率是一个永恒的课题，但是当系统的效率越来越高，几乎接近100%时，进一步的效率改善会伴随着性价比的低下，因此，如何保持一个很高的效率，又能维持很好的价格竞争力将是当前的重要课题。
与逆变器效率的改善努力相比，如何提高整个逆变系统的效率，正逐渐成为太阳能系统的另一个重要课题。在一个太阳能阵列中，当局部的2~3%面积的阴影出现时，对采用一个MPPT功能的逆变器来讲，此时的系统输出电力恶劣时甚至会出现20%左右的功率下降！为了更好地适应类似这样的状况针对单一或部分太阳能组件，采用一对一的MPPT或多个MPPT控制功能是十分有效的方法。
由于逆变系统处于并网运行的状况，系统对地的漏电会造成严重的安全问题；此外，为了提高系统的效率，太阳能阵列大多会被串联成很高的直流输出电压使用；为此，在电极间因异常状况的发生，很容易产生出直流电弧，由于直流电压高，非常不容易灭弧，极容易导致火灾。随着太阳能逆变系统的广泛采用，系统安全性的问题也将是逆变技术的重要部分。
此外，电力系统正在迎来智能电网技术的快速发展和普及。大量的太阳能等新能源电力的系统并网，给智能电网系统的稳定性提出了新的技术挑战。设计出能够更加快速、准确、智能化地兼容智能电网的逆变系统，将成为今后太阳能逆变系统的必要条件。
总的来说，逆变技术的发展是随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展而发展。随着时间的推移，逆变技术正向着频率更高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展。
1.4 本文所做工作
鉴于在电力系统中经济调度的重要性，本文在阅读大量文献的基础上从以下方面进行了研究，主要工作内容如下：
首先，建立三相静止坐标系下电压型SPWM逆变器的数学模型，通过派克变换得到两相同步旋转坐标系下的数学模型。
5
燕山大学本科毕业设计（论文）
其次，引入电压电流双闭环的V/f控制方法，电压外环包含了负载电流前馈以及输出滤波电容电流解耦，电流内环包含了负载电压前馈及输出滤波电感电压解耦。
然后，设计与验证锁相环模型，使三相逆变器输出不断跟随电网输出恒压、恒频的电压。
最后，对主电路参数进行计算与设计，并在Simulink 进行系统仿真，结果证明采用双闭环V/f控制策略可有效改善逆变器的动态响应及抗扰能力。
1.5 本章小结
本章介绍了我国能源现况，石油、化石能源逐渐枯竭，寻找绿色能源迫在眉睫，我国土地面积广大，积极发展光伏逆变器系统能很好解决的此问题，太阳光源源不断，取之不尽，用之不竭。据报导，我国已经成为光伏最大市场，中国技术不断成熟，大面积的光伏发电成为必然。逆变器作为光伏并网系统的中枢环节至关重要，是连接光伏阵列直流源与正弦交流的核心器件。对逆变器的研究应不断深入，积极探索。
6
第2章 逆变器
第2章 三相逆变器的设计
2.1三相逆变器的拓扑结构
三相逆变器作为光伏发电系统的核心，具有众多电路拓扑结构。 按是否隔离分类，可分为工频与高频变压器型逆变器。工频变压器型逆变器采用一级DC/AC主电路，变压器置于逆变器与输出之间，如图2-1所示。这种方式可有效阻止逆变器输出波形中的直流分量输出，减少污染。
IdVT1VT3UVT5VWVT4VT6VT2 图2-1 工频变压器型逆变器拓扑
高频变压器型逆变器采用两级或多级变换实现逆变。以两级变换为例，如图2-2所示。前级将直流电压斩波为高频脉冲，通过高频变压器后整流，后级通过逆变器输出。
VT1VT3UVT5CdVWVT4VT6VT2图2-2 高频变压器型逆变器拓扑
7
燕山大学本科毕业设计（论文）
按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种方法。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。
按输入直流电源的性质，可将逆变器分为：电流型逆变器和电压型逆变器，结构如图2 -3(a)、(b) 所示。
IdVT1VT3UVT5VT1VT3UVT5UdVWVWVT4VT6VT2VT4VT6VT2 (a)电流型逆变器 （b）电压型逆变器
图2-3 电流型、电压型逆变器结构
常见三相逆变器逆变桥主要有两点平逆变桥、三电平逆变桥等几种典型拓扑。如图2-4所示。
VT1VT3UVT5VWNUVWVT4VT6VT2（a）两电平逆变桥 （b）三电平逆变桥
图2-4 常见三相逆变桥电路拓扑
目前在光伏三相并网发电系统中，两电平逆变器拓扑结构应用最为广泛，主要因为其该拓扑结构简单，易于控制，易于实现SPWM和SVPWM
8