毕业设计文献综述

T 型三电平并网逆变器控制研究文献综述 1. 2。 3. 发展背景.2 国内外发展现状.2 两电平逆变器.3 3.1两电平逆变电路原理图.3 3。2两电平逆变电路仿真波形.4 3。3正弦脉宽调制的调制算法.4 4.三电平逆变器.4 4.1二极管钳位型三电平逆变器.5 4.11 二极管钳位式三电平逆变器主电路结构图 5 4。12 二极管钳位式三电平逆变器工作原理5 4.13 二极管钳位式逆变器特点6 4.2与两电平逆变器比较.6 5.T 型三电平逆变电路7 5。1T 型三电平逆变器主电路结构图7 5。2T 型三电平逆变器主电路工作原理8 5.3与 NPC 型三电平逆变器的比较.9 6.空间矢量脉宽调制方法.10 6.1基本思想.10 6。2原理与实现.10 6.3直流电压利用率.11 6.4调制函数.12 7。中性点平衡分析与设计.12 8。滤波器设计.13 8。1逆变器输出电压波形的技术指标.13 8。2三相 SPWM 逆变电路谐波分析.13 8。3输出电压周期对谐波影响.15 8.4调制电压对谐波含量的影响.15 8.5巴特沃思滤波器设计步骤.15 9。逆变器的 PFC 分析与设计.16 9。1设计背景.17 9。2交错并联 Boost PFC 电路.17 9.3主要元件参数设计.18 9。31 储能电感设计18 9。32 输出电容设计20 附录参考文献.20 1. 发展背景 随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,并网逆变器的研发受到世界各国的普遍 关注。 并网效率和并网电流电能质量是并网逆变器的两个重要指标,PWM 调制方式对效率和 并网电流电能质量存在关键的影响.在此背景下,研究逆变器的拓扑结构以及其控制策略和并 网控制方案。 随着太阳能、UPS 技术的不断发展和市场的不断扩大,对逆变器效率的要求也越来越被 制造商所重视,因此三电平的拓扑结构便应运而生。众所周知，传统的两电平并网逆变器开 关损耗大，直流电压利用低，输出电流谐波高，无法实现高压高质量的并网要求。 多电平逆 变器不同于两电平变换器， 其中采用电容或独立电源等方式产生多个电平， 通过将多个功率 器件按一定的拓扑结构组成可提供多电平输出的逆变电路， 其主要目的是以尽量多的电平输 出来逼近理想的正弦波形， 从而减弱输出波形中的谐波影响。 在获得高压输入输出特性的同 时， 多电平逆变器也减轻了器件上的高压应力， 可以使用较低电压等级的器件构造高压变流 器，解决了器件串并联带来的问题。 多电平逆变器的出现， 是电力电子技术发展的一个里程 碑， 它使得高压变频调速技术迅速走向了实用化， 让我们看到了高性能控制在高压变频技术 上的应用的希望。近几年来 ，多电平逆变器成为人们研究的热点课题 。三电平逆变器是多 电平逆变器中最简单又最实用的一种电路。 与传统两电平结构相比， 三电平结构除了使单个 IGBT 阻断电压减半之外,还具有谐波小、损耗低、效率高等优势。 前几年，随着西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策扶持，全球光伏发电逆 变器的销售额逐年递增,光伏发电用逆变器进入了一个快速增长的阶段。但目前全球光伏逆 变器市场基本被国际几大巨头瓜分,欧洲是全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链， 光伏逆变器技术处于世界领先地位。 SMA 是全球最早也是最大的光伏逆变器生产企业德国 市场占有率达 50以上，约占全球市场份额的三分之一,第二位是 Fronius。全球前七位的 生产企业占领了近 70的市场份额。金融危机以后，美国、意大利市场迅猛发展，尤其是 美国市场,奥巴马政府上台以后，发展速度非常之快,将取代德国成为世界上最大的光伏逆变 器消费市场。 目前国内光伏并网逆变器市场规模较小,国内生产逆变器的厂商众多，但专门用于光伏 发电系统的逆变器制造商并不多， 但是不少国内企业已经在逆变器行业研究多年， 已经具备 一定的规模和竞争力，但在逆变器技术质量、 规模上与国外企业仍具有较大差距。 国内市场 规模虽然较小， 但未来光伏电站市场的巨大市场发展空间和发展潜力给国内企业带来发展的 历史机遇。逆变器仍需进一步提高和发展。这也就是研究并网逆变器的意义之所在。 2. 国内外发展现状 三电平结构作为多电平逆变器拓扑结构之一,自日本长冈科技大学难波江章 （A。 Nabae） 等人于 1980 年在 IEEE 工业应用年会提出以来，这种拓扑结构在实际工业现场获得了广泛 的应用。 从 20 世纪 90 年代以来，以高压 IGBT、IGCT 为代表的性能优异的复合器件的发展引人 注目， 并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构， 成为国内外学者和工业界 研究的重要课题。 我国也有不少单位在研究、 开发和引进高压大容量多电平变换器的技术和 设备。 三电平逆变器的结构较简单， 其电路拓扑形式从一定意义上来说可以看成多电平逆变 器结构中的一个特例， 它的中点钳位及维持中点电位动态平衡技术、 功率器件尖峰吸收缓冲 电路、PWM 算法简化及控制策略、高压功率器件的驱动及系统的工作电源等也是多电平逆 变器控制需要研究解决的问题。 从目前功率开关器件发展的水平来看， 短时间还不可能出现 耐压上万伏的器件,多电平技术是解决高压大功率变频调速的一个有效途径同时在当前电力 系统高压直流输电的趋势下,多电平技术在电力输配电方面也有着重要的作用。 目前关于三电平逆变器拓扑研究主要包括几种1）二极管箝位型三电平逆变器（又称 npc 型，是三电平逆变器拓扑结构中发展最早的也是目前应用最普遍的一种拓扑结构。 （2 飞跨电容式多电平逆变器（3）多单元串联多电平逆变器（4T 字型三电平逆变器。 在 T 型三电平并网逆变器中的常用的调制方式有两种 （1）空间矢量控制（ 2不连续调 制。其中空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）方法输出电流谐波成分少、低脉动转矩、具有 比 SPWM 高 15％的电源利用率，物理概念清晰，算法简单且适合数字化方案，适合于实时 控制,是三电平逆变器首选的PWM 控制方法. 目前多电平逆变器研究的难点主要集中多电平逆变器技术所固有的一些缺陷,例如这种 技术开关管子比较多，控制比较复杂；中点钳位结构的多电平逆变器中， 存在直流侧电压平 衡问题等因此随着相关技术的发展和新型控制策略的提出， 多电平技术将会发展到一个新的 阶段。 3.3. 两电平逆变器两电平逆变器 3.1 两电平逆变电路原理图 图 1 原理图 3.2 两电平逆变电路仿真波形 图 2 仿真波形 3.3 正弦脉宽调制的调制算法 三角波变化一个周期,它与正弦波有两个交点，控制逆变器中开关元件导通和关断各一 次.要准确的生成 SPWM 波形，就要精确的计算出这两个点的时间。开关元件导通时间是脉 冲宽度，关断时间是脉冲间隙。 正弦波的频率和幅值不同时，这些时间也不同，但对计算机 来说,时间由软件实现，时间的控制由定时器完成，是很方便的，关键在于调制算法.调制算 法主要有自然采样法、规则采样法、等面积法等。 ①①自然采样法 按照 SPWM 控制的基本原理，在正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度和间隙的采样， 去生成 SPWM 波形,成为自然采样法。 ②②规则采样法 为使采样法的效果既