svpwm控制算法在光伏三相并网逆变器中探究

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1、SVPWM控制算法在光伏三相并网逆变器中探究　　摘要对光伏发电三相并网逆变器系统常用的几种电路拓扑结构进行分析，并比较其优缺点。在此基础上，确定本论文所研究的三相并网逆变器的拓扑结构—两级式光伏并网逆变器(其中，Boost升压变换电路是前级DC-DC变换器较为理想的选择，后级DC-AC逆变器通常采用全桥逆变电路)，并分别对两级电路的工作原理进行了分析。本文所采用的SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModul,空间电压矢量脉宽调制)控制策略。若在该算法基本原理的基础上直接进行公式的推导和计算，将会增加控制

2、器的设计的难度。关键字:三相并网逆变器；SVPWM法中图分类号：TM464文献标识码：A1并网逆变器结构的设计与分析1.1光伏并网发电系统的基本结构图1所示为太阳能光伏并网发电系统的基本结构，其主要由太阳能电池方阵、DC/DC变换电路和DC/AC逆变电路、控制和保护电路、电网等组成。图1太阳能光伏并网发电系统7从图1中可知，在整个光伏发电系统中，光伏阵列只有通过并网逆变器才能和电网相连，逆变器的主要功能就是把光伏阵列输出的直流电转换为符合电网技术性能指标的交流电能并传送给电网[9-11]。并网逆变系统中的DC/DC变换器用

3、来实现直流电压的升压功能，DC/AC逆变器将升压后的直流电逆变为与电网电压同步的交流电，并将电能馈送到电网。在整个光伏并网系统中，并网逆变器性能的优良是决定其是否能够安全、可靠、稳定、高效运行的主要因素，同时也对整个系统的使用寿命有较大的影响。1.2并网逆变器的拓扑选择在整个光伏发电系统中，并网逆变器是将光伏阵列和电网连接在一起的关键环节。图2三相组合式逆变器电路结构该电路具有结构相对简单、功率开关数目应用较少、容易控制、其电压应力较小等优点，但该电路自平衡能力较弱。逆变电路是并网发电系统中不可或缺的一部分，光伏发电三相并

4、网逆变器的负载为公共电网，一般将其看成为一个理想的三相平衡负载。因而，采用图3所示的三相全桥式逆变器电路结构。图3三相全桥式逆变器电路结构1.3带Boost升压电路的两级式电压源型逆变器结构。图4两级式电压源型逆变器7如图4前级的DC/DC变换器有Buck变换器（降压变换器）和Boost变换器（升压变换器）。从效率角度来考虑，Buck和Boost变换器效率是最高的。而Buck变换器是降压变换器，无法升压，如果并网发电，就要求光伏阵列的电压匹配在较高的电压等级，这将为光伏系统并网发电带来很多问题，因此Buck变换器很少用于光

5、伏并网发电系统。Boost变换器为升压变换器，从而使光伏阵列可以工作在宽泛的电压范围内，因此直流侧电池组件的电压配置更加灵活；并且通过适当的控制策略可以使得Boost变换器的输入端电压波动很小，从而提高最大功率点跟踪精度；同时Boost电路结构上与网侧逆变器下桥臂的功率管共地，驱动相对简单。可见在多级非隔离型光伏并网逆变器拓扑结构的设计中，Boost变换器是比较理想的选择。3三相并网逆变器的控制策略3.1并网逆变器电流控制方式在三相光伏并网发电系统中，三相电流信号和实际采样信号比较，其误差通过PI调节器输出三相电压参考值，

6、采用SPWM调制方式输出逆变器开关信号来控制逆变器的工作。图5为SPWM控制并网系统结构图。图5SPWM控制并网系统结构图该方法工作优点是开关频率固定，如果开关频率足够高，则输出谐波较小，响应速度也能满足一般要求。SPWM方式易于采用模拟电路实现，硬件较为复杂，且直流电压利用率低[6]。7经典的SPWM控制法希望输出的PWM电压波形所含的基波成分尽量大，谐波成分尽量小。也就是说，希望逆变器输出电压波形与正弦波非常接近。应用SVPWM控制不仅可以提高逆变电路的直流电压利用率，而且具有较好的动态响应性能，降低了系统开关器件的损

7、耗。因此，采用SVPWM控制策略对三相并网逆变器的DC-AC部分进行控制。3.2三相并网逆变器模型SVPWM控制策略是将三相静止坐标系abc下的数学模型转换为与电网基波频率同步旋转的dq同步坐标下对逆变器进行控制。若在该算法基本原理的基础上直接进行公式的推导和计算，将会增加控制器的设计的难度。因此，通过对该算法进行优化，实现逆变器的数字化控制，对提高系统的响应速度具有重要的意义[7]。图6为基于dq坐标系下SVPWM的并网系统结构图。并网逆变器输出电流的检测值ia、ib、ic经过abc//dq坐标变换转换为同步旋转dq坐标

8、系下的直流量id、iq，将其与电流内环的参考值i*d、i*q进行比较，并通过相应的PI调节器控制分别实现对id、iq的控制。电流内环PI调节器的输出信号经过解耦和电网电压前馈控制，在经过dq/逆变换后得到Uα、Uβ，即可通过SVPWM得到并网逆变器相应的开关控制信号Sa、Sb、Sc，从而实现逆变器的并网