大功率光伏逆变器建模与控制 

毕业设计（论文）任务书

（2015届）

设 计 题 目 大功率光伏逆变器建模与控制 学院名称

继 续 教 育 学 院

专 业 （班 级） 2013级电气工程及其自动化

姓 名 （学 号） 宋玉（ 2013816019） 指 导 教 师 王付胜

目录

英文摘要 ....................................................... 2 英文摘要 ...................................................... 3 1 绪 论......................................................... ４

1.1 光伏并网逆变器概述 ....................................... ４

1.1.2 光伏产业崛起的背景及意义............................. ４ 1.1.2 光伏并网逆变器技术的作用与发展历程................... ４ 1.1.3 光伏并网逆变器的分类................................. ５ 1.2 国内外发展现状及趋势 ..................................... ６

1.2.1 国外发展现状......................................... ６ 1.2.2 国内发展现状......................................... ６ 1.2.3 发展趋势............................................. ６ 1.3 PWM控制技术简介.......................................... ７

1.3.1 PWM控制的基本原理 ................................. ７ 1.3.2 SVPWM控制简介 ....................................... ８ 1.4 本课题的主要研究内容与意义 ............................... ８

1.4.1 课题的主要研究内容................................... ８ 1.4.2 课题的意义........................................... ９

2 三相光伏并网逆变器的数学模型及坐标变换原理..................... ９

2.1 三相光伏并网逆变器在静止坐标系下的数学模型 ................ ９

2.1.1电路拓扑结构及建模假定条件 ........................... ９ 2.1.2 三相静止坐标系下的数学模型........................... ９ 2.2 同步旋转坐标变换( dq变换)原理与方法...................... ９

2.2.1 dq 坐标与三相静止坐标的关系图...................... １０ 2.2.2 dq坐标变换的方法 .................................. １０ 2.3 三相光伏并网逆变器在两相旋转坐标系下的数学模型 .......... １０ 3 三相光伏并网逆变器的控制策略................................. １０

3.1 三相并网逆变器的开环控制 ............................... １０

3.1.1 无源逆变的模型及仿真.............................. １０ 3.1.2 有源逆变的模型及仿真.............................. １１ 3.1.3 SVPWM的基本原理与算法实现 ......................... １１ 3.2 三相并网逆变器的闭环控制 ............................... １５

3.2.1 闭环控制模型的建立................................. １６ 3.2.2 PI电流调节器的设计 ................................ １６ 3.2.3 MPPT控制的基本原理与控制方法 ...................... １７ 3.2.4 闭环控制系统的仿真实现与结果分析................... １９

4 结论......................................................... ２２

4.1 全文总结 ................................................ ２２ 4.2 尚待完善的工作 .......................................... ２２ 谢 辞.......................................................... ２３ 参考文献........................................................ ２４

中文摘要：随着市场经济和现代化工业的发展，能源短缺和环境污染，已经成

为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏并网逆变器作为太阳能利用中主要的能量变换装置，是目前研究和发展的重要环节。

本文在分析三相光伏并网逆变器工作原理的基础上，设计了并网逆变器

的主电路和控制结构。

首先，概述了光伏发电的意义以及我国光伏产业的国内外的发展现状及

前景；介绍了PWM控制技术的原理:介绍了本课题的来源及其主要研究的内容。

接着，建立三相光伏并网逆变器在不同坐标系下的数学模型，重点分析三相静止坐标系（a-b-c）、两相静止坐标系（α-β）和两相旋转坐标系（d-q）之间的变换原理和方法,从而建立起三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。

随后，介绍三相并网逆变器的控制策略，以开环控制为基础，分别建立无源逆变和有源逆变的模型，分析其原理和在matlab软件中的仿真结果；同时详细介绍SVPWM控制原理和计算方法，建立起SVPWM控制模块，从而进一步建立双闭环控制模型，对两相旋转坐标系下的id，iq分别进行控制，详细介绍电流内环PI调节器的整定方法，分别对其参数进行整定，分析MPPT控制器的工作原理，得出最终的系统模型，在软件中实现仿真，并对结果进行详细分析。

最后，对三相光伏并网逆变器的设计过程进行总结，阐述已达成的目标和尚待完善的工作。

关键词：光伏并网逆变器；SVPWM；双闭环控制；dq坐标变换

英文摘要：Along with market economy and modern industrial development, the

energy shortage and environmental pollution, has restricted the healthy development of human society, wo important factors. New energy development and utilization of solar energy, more attention with its clean environmental protection, rich gradually got the advantages of exploitation. Photovoltaic (pv) grid inverter as solar energy utilization of energy conversion devices main at present, it is the important link of research and development. Based on the analysis of the three-phase photovoltaic (pv) grid inverter, the basic principle of design the grid inverter the main circuit and control structure.

First, summarized the significance and photovoltaic energy photovoltaic industry at home and abroad in the developing situation and prospects; Introduces the principle of PWM control technology,; Introduced this topic source and the main research contents.

Then, establish three-phase photovoltaic (pv) grid inverter in different coordinates and focuses on analyzing the mathematical model of the three-phase static coordinate system (a - b - c), two-phase static coordinate system (alpha beta) and two phase rotation coordinate system (d - q) between transform principle and method To establish the three-phase static coordinate system and two-phase mathematical model of rotating coordinates.

Subsequently, introduce three-phase grid inverter control strategy, with the open-loop control established respectively for the foundation, passive and active vsi model, and analyzes its inverter in the matlab software principle and the simulation results; Meanwhile detailed introduction SVPWM control principle and calculation method, establishes SVPWM control module. Further establish double closed-loop control model, On two-phase rotating coordinate id, iq separately control，the detailed introduction of eletric circuit.and the PI adjuster, setting method of its parameters were setting, Analysis of the working principle, MPPT controller,the system model, obtain the final

realization in software simulation, and the results are analyzed in detail. Finally, the three-phase photovoltaic (pv) grid inverter design process were summarized in this paper，Already goal of this work. As to perfect the monk.

Keywords： Photovoltaic (pv) grid inverter; SVPWM; Closed loop control; Dq

coordinate transformation

1 绪 论

1.1 光伏并网逆变器概述

1.1.2 光伏产业崛起的背景及意义

能源是人类社会存在和发展的重要物质基础。人类社会的可持续发展必 然需要与之相适应的能源体系作为保障。而目前世界的能源结构是以煤炭、石 油、天然气等化石能源为主体结构。化石能源是不可再生的能源，大量耗用 终将枯竭。多年来，依赖大量不可再生能源的消耗来换取人类社会的快速发展， 已经造成了严重的能源短缺和环境污染问题。长此以往，这必将给人类文明的 前景蒙上一层阴影。因此，大力发展清洁的可再生能源已经成为当务之急。太 阳能光伏发电作为一种清洁、无噪声的可再生能源越来越受到人们的青睐。光 伏产业的迅速崛起对缓解能源的短缺、生态的破坏、环境的污染以及对人类社 会的可持续发展都有着极其重要的意义。

1.1.2 光伏并网逆变器技术的作用与发展历程

据统计资料显示，目前光伏发电系统中，接近99%的安装容量为并网应用，这是因为并网应用相对独立光伏系统有成本低和免维护等优势，并网式光伏发电系统是当今发展方向，全世界并网式光伏系统年增长率约为25-30%。 并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏电池的电能转换成交流电能并传输到电网上，在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用，现代逆变技术为光伏并网发电的发展提供了强有力的技术和理论支持。并网逆变器正朝着高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。并网逆变器性能的改进对于提高系统的效率、可靠性，提高系统的寿命、降低成本至关重要。

并网逆变器性能的改进 对于提高系统的效率、可靠性，提高系统的寿命、降低成本至关重要。 逆变器技术发展历程 逆变器技术的发展始终与功率器件及其控制技术的发展紧密结合，从开始发展至今经历了五个阶段：

第一阶段：20 世纪 50-60 年代，晶闸管 SCR 的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件；

第二阶段：20 世纪 70 年代，可关断晶闸管 GTO 及双极型晶体管 BJT 的问世，使得逆变技术得到发 展和应用；

第三阶段：20 世纪 80 年代，功率场效应管、绝缘栅型晶体管、MOS 控制晶闸管等功率器件的诞生 为逆变器向大容量方向发展奠定了基础。