太陽能三相并網(wǎng)技術研究——畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　太陽能并網(wǎng)系統(tǒng)的控制目標是實現(xiàn)正弦電流并網(wǎng)，使其工作在單位功率因素并網(wǎng)模式。并網(wǎng)逆變器輸出電流波形直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質量，正因為如此，并網(wǎng)逆變器輸出電流控制策略是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究的一大熱點，在本論文的研究設計中，我們采用的是近年興起的空間矢量控制技術（SVPWM），它具有諧波小，直流電壓利用率高，易于數(shù)字化實現(xiàn)等優(yōu)點

2、，被廣泛用于太陽能并網(wǎng)發(fā)電中。</p><p>　　本文通過對三相并網(wǎng)逆變器進行連接負載和并網(wǎng)接入，分析了SVPWM控制技術的原理以及SVPWM控制技術在此次太陽能三相并網(wǎng)逆變器中控制作用。SVPWM控制技術根據(jù)α-β復平面空間中的狀態(tài)開關矢量，直接合成參考電壓空間矢量，進行相關矢量作用時間的求取，計算量適中，實時性好，逆變器輸出電流諧波小，同時給出了相關的數(shù)學推導來證實相關原理和算法理論，然后根據(jù)這一理論利用M

3、ATLAB/SIMULINK動態(tài)仿真工具來實現(xiàn)對SVPWM控制算法的動態(tài)仿真。在本次設計中，我們建立了基于SVPWM控制技術的三相并網(wǎng)逆變器的仿真模型，利用模型進一步分析了SVPWM控制技術在并網(wǎng)逆變器中的應用與實現(xiàn)，最后給出了仿真波形，并對仿真結果進行了分析，仿真結果達到了設計指標，符合預期設想。在世界能源形勢日益緊張的今天，SVPWM控制技術在逆變節(jié)能方面具有廣闊的應用前景。</p><p>　　關鍵詞：空間

4、矢量脈寬調(diào)制;逆變技術;動態(tài)仿真;矢量控制;SIMULINK</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Solar energy grid system control goal is to realize the sine current grid, make its work in the unit power factor gri

5、d pattern. Grid inverter output current waveform directly influence (pv) power system of power supply quality, because of this, grid inverter output current control strategy is to solar power system one of the hot spot,

6、in this paper the research design, we use is the space of the rise in recent years of vector control (SVPWM), it has the harmonic small, dc voltage efficiency is h</p><p>　　This article through to the three-

7、phase grid inverter for connects the load and grid access, analyzes the principle and the SVPWM control technology in the solar energy SVPWM control technology in the three-phase grid inverter control function. SVPWM con

8、trol technology according to alpha β complex planar space vector of the state switch, the direct synthesis of reference voltage space vector, relative vector effect time deriving, moderate amount of calculation, good rea

9、l-time, inverter output cu</p><p>　　Key words: space vector pulse width modulation;inverter technology;dynamic simulation;vector control;SIMULINK</p><p><b>　　目錄 </b></p><

10、p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景和意義1</p><p>　

11、　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 本論文主要完成的工作5</p><p>　　2 太陽能三相并網(wǎng)逆變器的結構設計6</p><p>　　2.1 太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電總體結構介紹6</p><p>　　2.2 太陽能三相并網(wǎng)逆變電路系統(tǒng)結構7</p><p>　　2.3 LC濾波電路的設計與

12、分析9</p><p>　　3 基于SVPWM控制的太陽能三相并網(wǎng)逆變器原理11</p><p>　　3.1 SVPWM基本原理11</p><p>　　3.2 SVPWM法則推導13</p><p>　　3.3 SVPWM控制算法16</p><p>　　3.4 SVPWM的物理意義22</p>

13、;<p>　　4 太陽能三相并網(wǎng)逆變器的仿真研究25</p><p>　　4.1 基于SVPWM控制的三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)25</p><p>　　4.2 MATLAB/SIMULINK簡介25</p><p>　　4.3 基于SVPWM控制技術的三相并網(wǎng)逆變器仿真26</p><p><b>　　結束語35&

14、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p><b>　　附錄一37</b></p><p><b>　　附錄二38</b></p><p><b>　　附錄三39</b></p><p&

15、gt;<b>　　致謝40</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景和意義</p><p>　　太陽能作為一種清潔的可再生能源，成為了國際社會公認的理想替代能源。根據(jù)國際權威機構的預測，到21世紀50年代，全球直接利用太陽能的比例將會發(fā)展到世界能源結構中的13％～15

16、％之間，而整個可再生能源在能源結構中的比例將大于50％?？梢钥吹剑柲茉谖磥淼哪茉唇Y構中所占的比重將會越來越大。光伏發(fā)電是太陽能開發(fā)利用的主要形式之一[1]。目前各種發(fā)電方式的碳排放率(g碳/()為：煤發(fā)電275，油發(fā)電204，天然氣發(fā)電l81，太陽能熱發(fā)電92，太陽能光伏發(fā)電55，核能發(fā)電8，水力發(fā)電6。這些數(shù)據(jù)是以各種發(fā)電方式所用原料的開采和運輸、發(fā)電設備的制造、電源網(wǎng)架的建設、電源發(fā)電的運行維護和廢氣物的排放與處理等所有環(huán)節(jié)所消

17、費的能源，按照各種發(fā)電方式在壽命期間的發(fā)電量計算得出的。由上述可見，以太陽能為代表的新能源和可再生能源是保護地球生態(tài)環(huán)境的清潔能源；它將逐漸減少和替代化石能源的使用，它的廣泛應用是保護生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路[2]。</p><p>　　當今世界各國特別是發(fā)達國家對太陽能發(fā)電技術十分重視，針對其制定規(guī)劃，增加投入，大力發(fā)展。20世紀80年代以來，即使是在世界經(jīng)濟處于衰退和低谷的時期，光伏發(fā)電技術產(chǎn)

18、業(yè)也在保持著以10％～15％的遞增速度在發(fā)展。90年代后期，發(fā)展更為迅速，成為全球增長速度最快的高新技術產(chǎn)業(yè)之一。2003年以來，全球經(jīng)濟進入了一個繁榮的黃金時期，能源價格暴漲，原油價格在5年內(nèi)漲至2003年的5倍，這一現(xiàn)象在很大程度上促進了光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。據(jù)歐洲光伏工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2007年全球光伏累計裝機容量容量達到了9100，2008年達到了14721。2000～2008年間，累計裝機容量增長了將近10倍，年復合增長率達到3

19、3.9％。根據(jù)SOLARBUZZ統(tǒng)計資料，2008年全球光伏產(chǎn)量為6.8．較2007年增長了將近100％。而據(jù)前面數(shù)據(jù)2008年全球光伏裝機量為5.6，產(chǎn)量過剩超過1。但2009年隨著金融危機的過去以及各國政策的大力支持，過剩應該能緩解[3]。在全球太陽能電池生產(chǎn)結構中，2008年光伏組件最大生產(chǎn)國為中國，占32.9％，然后是德國、日本、中國臺灣、美國。特別是中國太陽能電池的生產(chǎn)在近幾年迅猛發(fā)展</p><p>

20、　　中國于1958年開始研究光伏電池，1971年成功地首次應用于中國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星上。于l973年開始將光伏電池用于地面。中國的光伏工業(yè)在80年代以前尚處于雛形，光伏電池的年產(chǎn)量一直徘徊在10以下，價格也很昂貴。由于受到價格和產(chǎn)量的限制，市場的發(fā)展很緩慢，除了作為衛(wèi)星電源，光伏電池在地面上的使用僅限于小功率電源系統(tǒng)，如航標燈、鐵路信號系統(tǒng)、高山氣象站的儀器用電等，功率一般在幾瓦到幾十瓦之間[3]。在1981～1990年期間，中國十

21、分弱小的光伏電池工業(yè)得到了鞏固并在許多應用領域建立了示范工程，如微波中繼站、部隊通信系統(tǒng)、農(nóng)村載波電話系統(tǒng)、小型戶用系統(tǒng)和村莊供電系統(tǒng)等。同時，先后從國外引進了多條光伏電池生產(chǎn)線。光伏電池不再僅僅用于小功率電源系統(tǒng)，而開始廣泛用于通信、交通、石油、農(nóng)村電氣化、民用產(chǎn)品等各個領域。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術是當今世界光伏發(fā)電的趨勢，是光伏技術步入大規(guī)模發(fā)電階段，成為電力工業(yè)組成部分之一的重大技術步驟[4]。</p><p>

22、　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要解決偏遠的無電地區(qū)和特殊領域的供電問題，且以戶用及村莊用的中小系統(tǒng)居多。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池陣列充電控制器蓄電池組正弦波逆變器等組成。它的工作原理是：光伏電池將照射到其上的太陽輻射能量轉換成電能，該電能是直流電，經(jīng)穩(wěn)壓后可直接供給直流負載或者通過正弦波逆變器變換

23、為交流電后給交流負載供電。在光照充足時，多余的能量經(jīng)充電控制器后化學能的形式儲存在蓄電池中，而在夜晚或者光照不足時，則可將儲存在蓄電池中的能量經(jīng)變換后繼續(xù)給負載供電，從而可以保證系統(tǒng)的持續(xù)運行[5]。</p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽電池發(fā)出的直流電轉化為和電網(wǎng)電壓同頻同相 的交流電，從而既向負載供電，又向電網(wǎng)發(fā)電的一個系統(tǒng)。并網(wǎng)系統(tǒng)的核心是并網(wǎng)逆變器，它同時也應該具有其它光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些功能和特點

24、。通常，市電電網(wǎng)可視為容量為無窮大的交流電，并網(wǎng)逆變器的輸出可以控制為電壓源或者電流源。若控制并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出為一個交流電壓源，則太陽能并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)實際上就是兩個交流電壓源的并聯(lián)。要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，則必須同時嚴格控制并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電壓的幅值和相位。由于輸出電壓幅值不易精確控制，并且鎖相回路的響應速度較慢等原因，這種并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)之間可能會出現(xiàn)環(huán)流，系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，甚至會發(fā)生故障。因此，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)常常被設計成電壓型的電流源系統(tǒng)，這樣

25、并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)實際上就是一個交流電流源和電壓源的并聯(lián)。逆變器的輸出電壓幅值自動被鉗位為電網(wǎng)電壓，通過采用鎖相控制技術實現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的相位同步，保證系統(tǒng)輸出的功率因素為1。實際系統(tǒng)中，還可以通過調(diào)整并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電流的大小及相位來控制系統(tǒng)的有功輸出與無功輸出。一般地，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)按照系統(tǒng)的設計要求可以分為兩類 :一種是不含儲能環(huán)節(jié)的“不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電</p><p>　　不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中

26、，正常工作時，并網(wǎng)逆變器將光伏陣列產(chǎn)生的直流電能直接轉化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電能饋入電網(wǎng)，當主電網(wǎng)斷電或夜間無光照時，系統(tǒng)則自動停止向電網(wǎng)饋電。該系統(tǒng)的一個突出特點是并網(wǎng)的時間和并網(wǎng)的功率大小完全由日照和環(huán)境溫度等因素來決定。 可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由充電控制器和并網(wǎng)逆變器組成，在有光照 的情況下，系統(tǒng)首先對蓄電池進行充電，然后根據(jù)需要將系統(tǒng)用作并網(wǎng)或者經(jīng)逆變后獨立使用，系統(tǒng)工作時間和并網(wǎng)功率大小可以人為設定。當電網(wǎng)斷電或

27、者無光照時，逆變器自動切斷和電網(wǎng)的電氣連接，同時可以根據(jù)需要選擇是否進行獨立逆變，用以對本地負載繼續(xù)供電。相對于不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在功能上有一定的優(yōu)勢，但是它的一個致命的缺點就是增加了蓄電池儲能環(huán)節(jié)，從而帶來了若干嚴重的問題：蓄電池組有壽命問題、價格昂貴、體積笨重。正是由于上述缺點的存在，使得可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的推廣應用受到了很大的局限，目前絕大部分光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍采用不可調(diào)度式并網(wǎng)結構。</p>

28、<p>　　1.2.2 光伏發(fā)電三相并網(wǎng)逆變器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器主要由電力電子開關器件連接電感構成，以脈寬形勢向電網(wǎng)送電。其主要起著以下作用：實現(xiàn)電能轉換，將太陽能光伏列陣產(chǎn)生的直流電能轉換成220V、50Hz的三相正弦波交流電能；其電流和電壓的畸變率均要求較??；實現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護要求，如輸出過載保護、輸入接反保護、輸出短路保護、交流過壓和欠壓保護、直

29、流過壓保護、“孤島"保護等；實現(xiàn)光伏列陣最大功率點跟蹤，調(diào)節(jié)其輸出功率。按控制方式的不同來，逆變器可分為電流源電壓控制和電流源電流控制、電壓源電壓控制和電壓源電流控制四種。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，用于實現(xiàn)并網(wǎng)功能的逆變器一般采用電壓源電流控制型逆變器。太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制目標是實現(xiàn)正弦電流并網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器輸出的電流波形直接影響太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的供電質量，所以，逆變器輸出電流控制策略是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究的一大熱點?，F(xiàn)有的控

30、制方法有PI控制、滯環(huán)電流控制、空間矢量控制(SVPWM)等。這些控制方法都有著自身的優(yōu)缺點，如PI控制具有算法簡單、開關頻率固定、易于設計等特點，但存在著動態(tài)響應相對較慢，跟蹤存在偏差的缺陷；滯環(huán)控制能夠實現(xiàn)實時控制，所以電流響應速度較快，</p><p>　　1.2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制方法的研究</p><p>　　光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制目標是實現(xiàn)正弦電流并網(wǎng)，使其工作在單位功率因數(shù)并網(wǎng)

31、模式。并網(wǎng)逆變器輸出電流波形直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質量，正因如此，并網(wǎng)逆變器輸出電流控制策略是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究的一大熱點?，F(xiàn)有的控制方法有PI控制、滯環(huán)電流控制、空間矢量控制（SVPWM ）等PI控制具有算法簡單、可靠性高、開關頻率固定、易于設計等特點，是目前最常用的控制方法之一。一般光伏發(fā)電系統(tǒng)采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)PI控制來實現(xiàn)直流電壓的穩(wěn)定及調(diào)節(jié)并網(wǎng)電流的幅值。但是常規(guī)的Pl控制在開關頻率不夠高的情況下，存在電流動態(tài)響應

32、相對較慢，跟蹤存在偏差以及跟蹤速度慢等缺點[7]。因此有人提出電流雙閉環(huán)控制方式，外環(huán)為電流有效值閉環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流瞬時值閉環(huán)，通過實時的電流反饋，修正電流的輸出波形，既保證了對輸出電流幅值和波形的要求，又易于軟件實現(xiàn)，還具有動態(tài)響應快的優(yōu)點滯環(huán)電流控制技術是根據(jù)電流跟蹤偏差來決定功率器件的開關狀態(tài)的一種控制方法，這種控制技術沒有傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器。它具有實時控制、電流響應快、輸出電壓電流波形不含特定次諧波等優(yōu)點，但功率器件的開關頻率不固定

33、，增加了系統(tǒng)參數(shù)設計的難度。針對滯環(huán)電流控制的開關頻</p><p>　　1.2.4 孤島效應的檢測與防止技術的研究現(xiàn)狀</p><p>　　孤島效應是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中普遍存在的一個問題。它是指當電網(wǎng)停電時，系統(tǒng)沒有檢測到電網(wǎng)停電狀態(tài)，從而不能及時切斷和電網(wǎng)的電氣連接，而與本地負載一起構成了電力系統(tǒng)中的“孤島” 。這種孤島現(xiàn)象會對維修人員和用電設備甚至電網(wǎng)產(chǎn)生嚴重的后果，因此系統(tǒng)要能及時地檢

34、測到電網(wǎng)斷電并使系統(tǒng)停止運行。通常對孤島效應的檢測和防止都是通過同時使用幾種主動和被動的方法來實行對電網(wǎng)的監(jiān)控。目前常用的被動檢測方法有:電壓諧波監(jiān)測法、相位跳動檢測法、頻率變化率檢測法、輸出功率變化率檢測法；常用的主動檢測方法有:頻率偏移法、自動頻率漂移法、滑差式頻率位移法等方法。</p><p>　　1.3 本論文主要完成的工作</p><p>　　設計一款太陽能三相并網(wǎng)逆變器，了解太

35、陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結構，并對系統(tǒng)后級的直流-三相交流逆變部分進行建模仿真設計。三相逆變器的輸入源為前級太陽能直流-直流轉換器的輸出，電壓為范圍540-600V，逆變器的輸出為三相四線式380V交流電，輸出功率10kw，THD5%以下，HD3%以下。采用高頻調(diào)制技術，確定電路架構，設計電路參數(shù)，建立電路模型并仿真；研究電網(wǎng)入網(wǎng)標準，為使逆變器輸出能順利并網(wǎng)，設計PID控制器，通過仿真確定PID參數(shù)。</p><p>

36、　　第2章是根據(jù)設計要求對太陽能三相并網(wǎng)逆變器的總體設計框架進行了介紹并以提出了本文重點研究部分并網(wǎng)逆變器的總體設計方案。并且對逆變器的各個重要組成部分的拓撲結構進行分析和比較。</p><p>　　第3章將對SVPWM控制技術進行詳細的介紹，以及在本次設計中的應用。</p><p>　　第4章是在基于MATLAB的SIMULINK仿真，在設計出太陽能三相并網(wǎng)逆變器的仿真模型之后，對于其進

37、行仿真并且通過觀察波形來得出最后設計的并網(wǎng)逆變器是否符合題目設計指標。</p><p>　　2 太陽能三相并網(wǎng)逆變器的結構設計</p><p>　　2.1 太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電總體結構介紹</p><p>　　前文介紹了太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分以及各部分的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。在接下來的論文中，我們即將開展的是研究太陽能三相并網(wǎng)逆變電路的結構設計以及控制策略。&

38、lt;/p><p>　　系統(tǒng)設計指標：輸入直流母線電壓額定值：540VDC；額定電網(wǎng)電壓：380VDC;并網(wǎng)逆變器額定功率：10KW；并網(wǎng)逆變器輸出電流總諧波畸變率（THD）:<5%。</p><p>　　如圖所示為本次設計的太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的總體方案。本文設計的太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的總體方案：DC/DC電路設計及其控制：DC/DC電路是連接太能電池板和并網(wǎng)逆變器的能量變換環(huán)節(jié)，

39、其主要作用是進行電壓等級的變換；逆變器的主電路及其控制方法：DC/AC逆變器維持直流母線中間電壓穩(wěn)定并將電能轉換成220V/50HZ的正弦交流電。本文采用空間矢量控制方法，該方法坐標變換，將三相電流變換到預期波頻率同步旋轉的兩相坐標系，穩(wěn)態(tài)時三相正弦電流變成了直流量，而PI調(diào)節(jié)器對直流信號的放大倍數(shù)為無窮大，電流穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差接近于零，可以實現(xiàn)電流的無差跟蹤控制，因此，空間矢量控制方法可以獲得高功率因素低諧波的三相并網(wǎng)電流，可以較好的應用

40、在太陽能三相并網(wǎng)逆變器的控制；濾波器的設計：三相并網(wǎng)逆變器會產(chǎn)生大量的諧波注入電網(wǎng)。為了減少開關頻率次或者倍數(shù)次的電流諧波，通常采用在電網(wǎng)加裝L或者LC濾波器[8]。</p><p>　　圖1-1 太陽能三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)總體結構圖</p><p>　　2.2 太陽能三相并網(wǎng)逆變電路系統(tǒng)結構</p><p>　　2.2.1 三相并網(wǎng)逆變電路拓撲結構</p>

41、<p>　　三相逆變橋是光伏系統(tǒng)的核心，可將PV陣列輸出的直流電轉換成工頻交流電源并入三相電網(wǎng)。三相逆變器逆變橋主要有兩電平逆變橋、三電平逆變橋、H橋并聯(lián)等幾種典型拓撲。目前在光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，兩電平逆變器拓撲結構應用最為廣泛，主要因為該拓撲結構簡單，易于控制，易于實現(xiàn)SPWM和SVPWM調(diào)制技術。三電平逆變器拓撲結構輸出電流諧波含量低，電感體積較小，但算法較為復雜，目前處在研究試驗階段。所以在本次的設計中我們采用的

42、是兩電平逆變器拓撲結構[9]。</p><p>　　圖1-2 太陽能三相逆變器拓撲結構圖</p><p>　　2.2.2 三相并網(wǎng)逆變電路結構分析</p><p>　　太陽能三相逆變器帶負載的逆變電路如圖1-3所示。</p><p>　　圖 1-3 太陽能三相逆變器帶負載的逆變電路</p><p>　　上圖中包含六個功

43、率原件開關，分別以S1、S3、S5代表各臂的上端元件，S4、S2、S6代表相對應元件的下端元件，且各上端元件不能與相對應的下端元件同時導通，否則會造成短路而導致元件燒毀。直流電源端部分有一中間抽頭的虛擬接地，主要作用是為了分析電路。對于星型連接負載，由于有一隔離中性點，我們定義為“n”點，這樣換流器中三對功率電晶體的切換狀態(tài)可以有以下8種，如圖1-4所示。</p><p>　　圖1-4 電壓空間矢量與功率開關切換

44、狀態(tài)對應圖</p><p>　　圖中功率晶體管的切換狀態(tài)中1表示某一臂的上開關導通，下開關截止，0則表示該臂的下開關導通，上開關截止。控制功率開關以產(chǎn)生三相電壓提供負載時，可采用空間向量調(diào)制來實現(xiàn)控制，為此首先定義空間電壓向量U為：</p><p>　　U(t)是一個旋轉的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值，且以角頻率按逆時針方向勻速旋轉的空間矢量，而空間矢量U(t)在三相坐標軸（a，b

45、，c）上的投影就是對稱的三相正弦量。</p><p>　　三相橋式電壓型有源逆變器的數(shù)學模型就是根據(jù)三相有源逆變器的拓撲結構，利用電路基本定律（基爾霍夫電壓、電流定律）對三相有源逆變器所建立的一般數(shù)學描述。建立三相有源逆變器的數(shù)學模型是深入分析和研究三相有源逆變器工作機理及動態(tài)和靜態(tài)特性的重要手段，也是實現(xiàn)其控制的重要步驟。</p><p>　　開關函數(shù)描述的一般數(shù)學模型是對三相橋式電壓型

46、逆變器開關過程的精確描述，較適合于逆變器的波形仿真。然而，采用開關函數(shù)描述的電壓型逆變器一般數(shù)學模型由于包括了其開關過程的高頻分量，因而很難用于指導控制器設計。當逆變器開關頻率遠高于電網(wǎng)基波頻率時，為簡化逆變器的一般數(shù)學描述，可忽略逆變器開關函數(shù)描述模型中的高頻分量，即只考慮其中的低頻分量，從而獲得采用占空比描述的低頻數(shù)學模型。這種采用占空比描述的逆變器低頻數(shù)學模型非常適合于控制系統(tǒng)分析，并可直接用于控制器設計。</p>

47、<p>　　2.3 LC濾波電路的設計與分析</p><p>　　高頻SVPWM逆變器中，逆變器的輸出LC濾波器主要是用來濾除開關頻率及其鄰近頻帶的諧波，如圖1-5所示[10]。一個性能優(yōu)良的濾波器首先要有良好諧波的抑制能力，具體可以從總諧波失真THD值來體現(xiàn)，另外所選濾波器還要減少對逆變器的附加電流應力。電流應力增大，不僅使器件損耗及線路損耗加大，還會額外要求加大功率元件的容量，增加了系統(tǒng)的成本。但是

48、，減小THD與減小濾波器引起的附加電流應力通常是矛盾的。下面將從分析二階LC濾波器特性著手探討濾波器設計的方法。</p><p>　　圖1-5 逆變電路輸出濾波電路示意圖</p><p>　　忽略電感電阻及線路阻抗，濾波器輸出電壓相對于逆變橋輸出電壓的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p

49、>　　式中—無阻尼自然振蕩角頻，，，—阻尼比。</p><p>　　這是一個典型的二階振蕩系統(tǒng)，幅相頻率特性為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　根據(jù)（1-3）式，可以求得對數(shù)幅頻特性為</p>&

50、lt;p>　　從上面的分析中可以看出，轉折角頻率和阻尼比ζ是影響濾波效果的主要參數(shù)。選擇SVPWM逆變器的輸出LC濾波器的轉折（其中）遠遠低于開關頻率，它對開關頻率以及其附近頻帶的諧波具有明顯的抑制作用。在本課題中，開關頻率，取LC濾波器的轉折頻率為開關頻率的1/20左右，但不能太小，以免產(chǎn)生低頻振蕩。即。 </p><p>　　LC濾波器幅頻特性中可以

51、看出，高于轉折頻率時幅頻特性以-40dB下降。所以當轉折頻率為開關頻率的1/10時，開關頻率處的諧波通過LC濾波器后，有接近-40dB的衰減；當LC濾波器的轉折頻率選為開關頻率的1/20時，開關頻率處的諧波衰減更大一些，濾波效果也更好一些[11]。濾波器與逆變器的附加電流應力有關，這是由濾波器的濾波電感上流過的電流諧波引起的。流過濾波器電感的電流也就是流過功率元件的最大電流。流過濾波電感的電流諧波越小，半導體開關所承受的附加電流應力就越

52、小，線路上的損耗也會較小。而濾波電感上的諧波電流和電感L的值成反比，電感值越大，諧波電流越小。最后選取的濾波電感和電容值如下：濾波電感：；濾波電容：。</p><p>　　3 基于SVPWM控制的太陽能三相并網(wǎng)逆變器原理</p><p>　　在本次設計中，我們設計的太陽能三相并網(wǎng)逆變器是采用空間矢量控制技術（SVPWM）來進行控制的。SVPWM是近年發(fā)展的一種比較新穎的控制方法，是由三相功

53、率逆變器的六個功率開關元件組成的特定開關模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，能夠使輸出電流波形盡可能接近于理想的正弦波形。本節(jié)內(nèi)容從三相橋式逆變器結構出發(fā)，建立三相靜止坐標模型a-b-c，引入兩相旋轉坐標d-q和坐標轉換，之后對SVPWM原理進行分析，在原理分析與調(diào)制法的數(shù)學模型基礎上詳細討論控制算法。</p><p>　　3.1 SVPWM基本原理</p><p>　　SVPWM的理論基礎是平均值等效

54、原理，即在一個開關周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個時刻，電壓矢量旋轉到某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合來得到。兩個矢量的作用時間在一個采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個電壓矢量的作用時間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉，通過逆變器的不同開關狀態(tài)所產(chǎn)生的實際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結果來決定逆變器的開關狀態(tài)，從而形成PWM波形[12]。逆變電路如圖

55、2-1示。</p><p><b>　　圖2-1 逆變電路</b></p><p>　　設直流母線側電壓為，逆變器輸出的三相相電壓為、、，其分別加在空間上互差的三相平面靜止坐標系上，可以定義三個電壓空間矢量 、、，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律做變化，時間相位互差。假設為相電壓有效值，f為電源頻率，則有：</p><p>

56、;<b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量就可以表示為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　可見是一個旋轉的空間矢量，它的幅值為相電壓峰值的1.5倍，為相電壓峰值，且以角頻率按逆時針方向勻速旋轉的空間矢量，而空間矢量在三相坐標軸（a，b，c）

57、上的投影就是對稱的三相正弦量。</p><p>　　由于逆變器三相橋臂共有6個開關管，為了研究各相上下橋臂不同開關組合時逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關函數(shù)為:</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　(Sa、Sb、Sc)的全部可能組合共有八個，包括6個非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(1

58、01)、(110)和兩個零矢量(000)、(111)。</p><p>　　下面以其中一種開關組合為例分析,假設,此時</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　求解上述方程可得：、、。同理可計算出其它各種組合下的空間電壓矢量，列表如下[12]：</p><p>　　表2-1 開關狀態(tài)與相電壓和

59、線電壓的對應關系</p><p>　　圖2-2給出了八個基本電壓空間矢量的大小和位置。</p><p>　　圖2-2 電壓空間矢量圖</p><p>　　其中非零矢量的幅值相同（模長為），相鄰的矢量間隔，而兩個零矢量幅值為零，位于中心。在每一個扇區(qū)，選擇相鄰的兩個電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來合成每個扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量，即：</p><

60、;p>　?。?-5） </p><p>　　其中，為期望電壓矢量；T為采樣周期；、、分別為對應兩個非零電壓矢量、 和零電壓矢量在一個采樣周期的作用時間；其中包括了和兩個零矢量。式(2-5)的意義是，矢量在T時間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和、、分別在時間、、內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同。</p><p>　　由于三相正弦波電壓在電壓空間向量中合成一個等效的旋轉

61、電壓，其旋轉速度是輸入電源角頻率，等效旋轉電壓的軌跡將是如圖2-2所示的圓形。所以要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓向量合成的技術，在電壓空間向量上，將設定的電壓向量由位置開始，每一次增加一個小增量，每一個小增量設定電壓向量可以用該區(qū)中相鄰的兩個基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得到的設定電壓向量就等效于一個在電壓空間向量平面上平滑旋轉的電壓空間向量，從而達到電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的。</p><p>

62、;　　3.2 SVPWM法則推導</p><p>　　三相電壓給定所合成的電壓向量旋轉角速度為，旋轉一周所需的時間為；若載波頻率是，則頻率比為。這樣將電壓旋轉平面等切割成R個小增量，亦即設定電壓向量每次增量的角度是:[13]。</p><p>　　今假設欲合成的電壓向量在第Ⅰ區(qū)中第一個增量的位置，如圖2-3所示，欲用、、及合成，用平均值等效可得：。</p><p>

63、　　圖2-3 電壓空間向量在第Ⅰ區(qū)的合成與分解</p><p>　　在兩相靜止參考坐標系（α，β）中，令和間的夾角是θ，由正弦定理可得：</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　因為，所以可以得到各矢量的狀態(tài)保持時間為：</p><p><b>　　（2-7）</b>&l

64、t;/p><p>　　式中m為SVPWM調(diào)制系數(shù)（調(diào)制比），。</p><p>　　而零電壓向量所分配的時間為：</p><p>　　(2-8) </p><p>　　或者 (2-9) </p>

65、<p>　　得到以、、及合成的的時間后，接下來就是如何產(chǎn)生實際的脈寬調(diào)制波形。在SVPWM調(diào)制方案中，零矢量的選擇是最具靈活性的，適當選擇零矢量，可最大限度地減少開關次數(shù)，盡可能避免在負載電流較大的時刻的開關動作，最大限度地減少開關損耗。一個開關周期中空間矢量按分時方式發(fā)生作用，在時間上構成一個空間矢量的序列，空間矢量的序列組織方式有多種，按照空間矢量的對稱性分類，可分為兩相開關換流與三相開關換流。以下描述的是本次的設計用到

66、的7段式SVPWM。我們以減少開關次數(shù)為目標，將基本矢量作用順序的分配原則選定為：在每次開關狀態(tài)轉換時，只改變其中一相的開關狀態(tài)。并且對零矢量在時間上進行了平均分配，以使產(chǎn)生的PWM對稱，從而有效地降低PWM的諧波分量。當(100)切換至(000)時，只需改變A相上下一對切換開關，若由(100)切換至(111)則需改變B、C相上下兩對切換開關，增加了一倍的切換損失。因此要改變電壓向量(100)、(010)、(001)的大小，需配合零電壓

67、向量(000)，而要改變(110)、(011)、(100)，需配合零電壓向量(111)。這樣通過在不同區(qū)間內(nèi)安排不同的開關切換順序，就可以獲得對</p><p>　　表2-2 所在的位置和開關切換順序對照序</p><p>　　以第Ⅰ扇區(qū)為例，其所產(chǎn)生的三相波調(diào)制波形在時間時段中如圖所示，圖中電壓向量出現(xiàn)的先后順序為、、、、、、，各電壓向量的三相波形則與表2-2中的開關表示符號相對應。再下

68、一個時段，的角度增加一個γ，可以重新計算新的T0、T4、T6及T7值，得到新的合成三相類似的三相波形；這樣每一個載波周期就會合成一個新的矢量，隨著θ的逐漸增大，將依序進入第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ區(qū)。在電壓向量旋轉一周期后，就會產(chǎn)生R個合成矢量[14]。</p><p>　　3.3 SVPWM控制算法</p><p>　　通過以上SVPWM的法則推導分析可知要實現(xiàn)SVPWM信號的實時調(diào)制，首

69、先需要知道參考電壓矢量所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當?shù)牧闶噶縼砗铣蓞⒖茧妷菏噶?。圖2-3是在靜止坐標系（α，β）中描述的電壓空間矢量圖，電壓矢量調(diào)制的控制指令是矢量控制系統(tǒng)給出的矢量信號，它以某一角頻率ω在空間逆時針旋轉，當旋轉到矢量圖的某個60°扇區(qū)中時，系統(tǒng)計算該區(qū)間所需的基本電壓空間矢量，并以此矢量所對應的狀態(tài)去驅動功率開關元件動作。當控制矢量在空間旋轉360°后，逆變器就能輸出一個周期

70、的正弦波電壓。</p><p>　　3.3.1 合成矢量所在扇區(qū)N的判斷</p><p>　　空間矢量調(diào)制的第一步是判斷由和所決定的空間電壓矢量所處的扇區(qū)。假定合成的電壓矢量落在第I扇區(qū)，可知其等價條件如下： </p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　以上等價條件再結合矢量圖幾何關系分析，可

71、以判斷出合成電壓矢量落在第X扇區(qū)的充分必要條件,得出下表：</p><p>　　表2-3 電壓矢量落在第X扇區(qū)的充分必要條件</p><p>　　若進一步分析以上的條件，有可看出參考電壓矢量所在的扇區(qū)完全由,,三式?jīng)Q定，因此令：</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　再定義，若>0，

72、則A=1，否則A=0；若>0，則B=1，否則B=0；若>0，則C=1，否則C=0。可以看出A，B，C之間共有八種組合，但由判斷扇區(qū)的公式可知A，B，C不會同時為1或同時為0，所以實際的組合是六種，A，B，C組合取不同的值對應著不同的扇區(qū)，并且是一一對應的，因此完全可以由A，B，C的組合判斷所在的扇區(qū)。為區(qū)別六種狀態(tài)，令N=4*C+2*B+A，則可以通過下表計算參考電壓矢量所在的扇區(qū)。</p><p>

73、　　表2-4 N值與扇區(qū)對應關系</p><p>　　采用上述方法，只需經(jīng)過簡單的加減及邏輯運算即可確定所在的扇區(qū)，對于提高系統(tǒng)的響應速度和進行仿真都是很有意義的。</p><p>　　3.3.2 基本矢量作用時間計算與三相PWM波形的合成</p><p>　　在傳統(tǒng)SVPWM算法用到了空間角度及三角函數(shù)，使得直接計算基本電壓矢量作用時間變得十分困難。實際上，只要充

74、分利用和就可以使計算大為簡化。以處在第Ⅰ扇區(qū)時進行分析，根據(jù)圖2-3有[14]：</p><p><b>　　經(jīng)過整理得：</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　同理可求得在其它扇區(qū)中各矢

75、量的作用時間，結果如表2-5所示。由此可根據(jù)式2-9中的、、判斷合成矢量所在扇區(qū)，然后查表得出兩非零矢量的作用時間，最后得出三相PWM波占空比，表2-5可以使SVPWM算法編程簡易實現(xiàn)。</p><p>　　為了實現(xiàn)對算法對各種電壓等級適應，一般會對電壓進行標幺化處理，實際電壓，為標幺值，在定點處理其中一般為Q12格式，即標幺值為1時，等于4096，假定電壓基值為，為系統(tǒng)額定電壓，一般為線電壓，這里看出基值為相電

76、壓的峰值。</p><p>　　以DSP的PWM模塊為例，假設開關頻率為，DSP的時鐘為，根據(jù)PWM的設置要是想開關頻率為時，PWM周期計數(shù)器的值為,則對時間轉換為計數(shù)值進行如下推導：</p><p>　　其中和為實際值的標幺值，令發(fā)波系數(shù)，</p><p><b>　　同理可以得到</b></p><p>　　表2-5

77、 各扇區(qū)基本空間矢量的作用時間</p><p>　　當兩個零電壓矢量作用時間為0時，一個PWM周期內(nèi)非零電壓矢量的作用時間最長，此時的合成空間電壓矢量幅值最大，由圖2-4可知其幅值最大不會超過圖中所示的正六邊形邊界。而當合成矢量落在該邊界之外時，將發(fā)生過調(diào)制，逆變器輸出電壓波形將發(fā)生失真。在SVPWM調(diào)制模式下，逆變器能夠輸出的最大不失真圓形旋轉電壓矢量為圖2-4所示虛線正六邊形的內(nèi)切圓，其幅值為。即逆變器輸出的

78、不失真最大正弦相電壓幅值為，而若采用三相SPWM調(diào)制，逆變器能輸出的不失真最大正弦相電壓幅值為。顯然SVPWM調(diào)制模式下對直流側電壓利用率更高，它們的直流利用率之比為，即SVPWM法比SPWM法的直流電壓利用率提高了15.47%。</p><p>　　圖2-4 SVPWM模式下電壓矢量幅值邊界</p><p>　　如圖當合成電壓矢量端點落在正六邊形與外接圓之間時，已發(fā)生過調(diào)制，輸出電壓將發(fā)

79、生失真，必須采取過調(diào)制處理，這里采用一種比例縮小算法。定義每個扇區(qū)中先發(fā)生的矢量用為，后發(fā)生的矢量為。當時，矢量端點在正六邊形之內(nèi)，不發(fā)生過調(diào)制；當時，矢量端點超出正六邊形，發(fā)生過調(diào)制。輸出的波形會出現(xiàn)嚴重的失真，需采取以下措施：設將電壓矢量端點軌跡端點拉回至正六邊形內(nèi)切圓內(nèi)時兩非零矢量作用時間分別為，，則有比例關系：</p><p><b>　　（2-14）</b></p>

80、<p>　　因此可以用下式求，，，。</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　按照上述過程，就能得到每個扇區(qū)相鄰兩電壓空間矢量和零電壓矢量的作用時間。當所在扇區(qū)和對應有效電壓矢量的作用時間確定后，再根據(jù)PWM調(diào)制原理，計算出每一相對應比較器的值，其運算關系如下，在I扇區(qū)時如下圖：</p><p>　　圖2

81、-5 每個扇區(qū)相鄰兩電壓空間矢量和零電壓矢量的作用時間</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　表2-5，和分別是相應的比較器的計數(shù)器值</p><p>　　其他扇區(qū)以此類推，可以得到表2-6，式中、和分別是相應的比較器的計數(shù)器值，而不同扇區(qū)時間分配如表2-6所示，并將這三個值寫入相應的比較寄存器就完成了整個SVP

82、WM的算法。</p><p>　　表2-6 不同扇區(qū)比較器的計數(shù)值</p><p>　　3.4 SVPWM的物理意義</p><p>　　SVPWM實質是一種對在三相正弦波中注入了零序分量的調(diào)制波進行規(guī)則采樣的一種變形SPWM。但SVPWM的調(diào)制過程是在空間中實現(xiàn)的，而SPWM是在ABC坐標系下分相實現(xiàn)的；SPWM的相電壓調(diào)制波是正弦波，而SVPWM沒有明確的相電壓

83、調(diào)制波，是隱含的。為了揭示SVPWM與SPWM的內(nèi)在聯(lián)系，需求出SVPWM在ABC坐標系上的等效調(diào)制波方程，也就是將SVPWM的隱含調(diào)制波顯化[15]。</p><p>　　為此，本文對其調(diào)制波函數(shù)進行了詳細的推導。我們知道各扇區(qū)的矢量發(fā)送順序：</p><p>　　奇數(shù)區(qū)依次為：，，，，，，</p><p>　　偶數(shù)區(qū)依次為：，，，，，，</p>&

84、lt;p>　　利用電壓矢量近似原理，可總結出以下：</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　式中m仍為SVPWM調(diào)制系數(shù)，利用以上各式就可得到在第Ⅰ扇區(qū)的各相電壓平均值：</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　同樣可以推導出其它扇區(qū)

85、的調(diào)制波函數(shù)，其相電壓調(diào)制函數(shù)如下：</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　其線電壓的調(diào)制波函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　從相電壓調(diào)制波函數(shù)（2-19）來看，輸出的是不規(guī)則的分段函數(shù)，為馬鞍波形。從線電壓調(diào)制波函數(shù)（2

86、-20）來看其輸出的則是正弦波形。</p><p>　　4 太陽能三相并網(wǎng)逆變器的仿真研究</p><p>　　在科研實踐中，系統(tǒng)仿真變得越來越不可缺少，精確的仿真可以大量減少設計和實驗模擬的費用，他可以提供性能的數(shù)據(jù)資料，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，確定最優(yōu)參數(shù)。因而，在本次設計中，我們采用的是基于MATLAB的仿真研究，本文采用MATLAB環(huán)境提供的系統(tǒng)仿真工具SIMULINK對SVPWM控

87、制的三相并網(wǎng)逆變器進行仿真分析。</p><p>　　4.1 基于SVPWM控制的三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)</p><p>　　常規(guī)的電流PI控制存在一個突出的缺點就是電流動態(tài)響應相對較慢，相對于正弦參考電流存在一定偏差，并且在輸出功率變化或電網(wǎng)電壓波動時難以快速跟蹤參考電流，從而造成并網(wǎng)電能質量下降。因此，本文采用空間矢量控制方法，該方法坐標變換，將三相電流變換到與基波頻率同步旋轉的兩相坐標系

88、，穩(wěn)態(tài)時三相正弦電流變成了直流量，而PI調(diào)節(jié)器對直流信號的放大倍數(shù)為無窮大，電流穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差接近于零，可以實現(xiàn)電流的無差跟蹤控制，因此，空間矢量控制方案可以獲得高功率因數(shù)低諧波的三相并網(wǎng)電流，非常適應于三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制。圖3-1為基于SVPWM技術的三相光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖3-1 基于SVPWM技術的三相光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)框圖</p><p>　

89、　4.2 MATLAB/SIMULINK簡介</p><p>　　MATLAB（Matrix Laboratory）是MathWorks公司開發(fā)的，目前國際上最流行、應用最廣泛的科學與工程計算軟件，它廣泛應用于自動控制、數(shù)學運算、信號分析、計算機技術、圖像信號處理、財務分析、航天工業(yè)等各行各業(yè)，也是國內(nèi)外高校和研究部門進行許多科學研究的重要工具。由于它具有強大的計算和繪圖功能、大量穩(wěn)定可靠的算法庫和簡潔高效的編程

90、語言，已成為數(shù)學計算工具方面事實上的標準。MATLAB強大的功能體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）運算功能強大。在MATLAB環(huán)境中，有超過500種的數(shù)學、統(tǒng)計、科學及工程方面的函數(shù)可供使用，而且使用簡單快捷。MATLAB以基本的復數(shù)矩陣為基本的編程單元作為程序設計語言，其強大的運算功能使其成為世界頂尖的數(shù)學應用軟件之一;（2）功能豐富的工具箱。由于MATLAB的開放性，許多領域的專家都為MATLAB編寫了各種程序工具箱。這些工具箱提供了用戶在

91、特別應用領域所需的許多函數(shù)，這使得用戶不必花大量的時間編寫程序，就可以直接調(diào)用這些函數(shù)，為用戶節(jié)省了大量的時間和精力，達到事半功倍的效果;（3）強大的文字處理功能。MATLAB的圖形功能使用戶可以進行視覺數(shù)據(jù)處</p><p>　　MATLAB的SIMULINK提供了動態(tài)仿真的功能，用戶能夠通過繪制框圖來模擬一個線性、非線性、連續(xù)或離散的系統(tǒng)，通過SIMULINK仿真并分析該系統(tǒng)。SIMULINK即動態(tài)系統(tǒng)仿真工

92、具箱，是MATLAB中一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個系統(tǒng)，并能動態(tài)地控制該系統(tǒng)。目前的SIMULINK不僅可以進行線性系統(tǒng)仿真，也可以進行非線性系統(tǒng)仿真，既可以實現(xiàn)連續(xù)時間系統(tǒng)仿真，也可實現(xiàn)離散時間系統(tǒng)甚至混合連續(xù)-離散時間系統(tǒng)的仿真，它還支持多制采樣率的系統(tǒng)仿真；此外，SIMULINK能夠用MATLAB本身的語言、C語言或其它語言，根據(jù)S函數(shù)的標準格式寫成用戶自定義的功能模塊[15]

93、。</p><p>　　4.3 基于SVPWM控制技術的三相并網(wǎng)逆變器仿真</p><p>　　4.3.1 SVPWM控制算法的實現(xiàn)</p><p>　　利用SIMULINK環(huán)境下的豐富模型，可方便的實現(xiàn)本次設計所要用到的SVPWM控制算法。實現(xiàn)SVPWM算法的各個子系統(tǒng)框圖如下所示：</p><p>　　將，，轉換成，。要實現(xiàn)SVPWM控制

94、算法，首先要將三相靜止坐標系（a,b,c）中的，，轉換成兩相垂直靜止坐標系（α，β）中的，。在SIMULINK中，非常容易實現(xiàn)此轉換。</p><p>　　計算參考電壓矢量所處的扇區(qū)。根據(jù)，的關系判斷參考電壓矢量坐在的扇區(qū)N，只需經(jīng)過簡單的加減及邏輯運算即可確定其所在的扇區(qū)。在SIMULINK中實現(xiàn)此判斷的框圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 參考電壓矢量所處的扇區(qū)判斷模型圖

95、</p><p>　　扇區(qū)判斷的仿真結果如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 扇區(qū)判斷仿真波形圖</p><p>　　計算X，Y，Z。需將和及載波周期和逆變器直流電壓作為輸入，經(jīng)過簡單的算術運算即可得到X，Y，Z，在SIMULINK中實現(xiàn)此算法的框圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 X，Y，Z計算模型圖</p&

96、gt;<p>　　計算每個扇區(qū)中基本矢量作用時間，。根據(jù)參考電壓矢量所處的扇區(qū)N確定相鄰兩基本電壓矢量的作用時間，。經(jīng)過簡單的算術運算和邏輯運算實現(xiàn)參考電壓矢量過調(diào)制的處理。在SIMULINK中實現(xiàn)該算法的框圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 基本矢量作用時間，計算模型框圖</p><p>　　通過示波器得到的仿真波形如圖所示。</p><p

97、>　　圖3-6 基本矢量作用時間，仿真波形圖</p><p>　　計算，，。將，，經(jīng)過簡單的算術運算可得到，，。</p><p>　　計算電壓空間矢量切換點，，。根據(jù)參考電壓矢量所處的扇區(qū)N確定A，B，C三相的調(diào)制波，，。在SIMULINK中實現(xiàn)該算法的框圖如圖所示3-7所示。</p><p>　　圖3-7 ，，計算模型圖</p><p&g

98、t;　　通過示波器可以看出生成的調(diào)制波，，為三相馬鞍波。</p><p>　　圖3-8 仿真波形圖</p><p>　　產(chǎn)生驅動波形。將三角載波周期作為定時器周期，與切換點，，比較，從而調(diào)制出SVPWM波，其仿真模塊如圖所示3-9所示。</p><p>　　圖3-9 驅動波形產(chǎn)生模型框圖</p><p>　　通過示波器得到的仿真波形圖如圖3-

99、10所示。</p><p>　　圖3-10 觸發(fā)脈沖波形圖</p><p>　　4.3.2 SVPWM控制的太陽能三相并網(wǎng)逆變器仿真</p><p>　　為了對SVPWM控制在太陽能三相并網(wǎng)逆變器中輸出電壓有比較直觀的認識，本文建立了PWM控制太陽能三相并網(wǎng)逆變器的仿真模型，如圖3-11所示，可以看出模型主要包括逆變橋直流輸入模塊，IGBT驅動管模塊，LC濾波模塊，

100、三相電網(wǎng)模塊，CLARK變換模塊，PARK變換模塊以及dq坐標系中的解耦模塊，鎖相環(huán)模塊，PI調(diào)節(jié)器模塊，SVPWM模塊等。直流輸入模塊模擬現(xiàn)實中的直流母線的輸入電壓。IGBT模塊的參數(shù)按照所選開關管的參數(shù)設置。LC濾波器的參數(shù)按照計算出的參數(shù)逆變橋側電感和電網(wǎng)側電感均為，濾波電容為，阻尼電阻為。電網(wǎng)則設定頻率為50Hz，220V的相電壓。坐標變換模塊是從SIMULINK自帶庫里面獲取的，能夠將其輸入信號由abc三相靜止坐標系轉換為dq

101、兩相靜止坐標系中。鎖相模塊則檢測坐標變換之后的電網(wǎng)個參數(shù)并保證進網(wǎng)電流與之同步。在經(jīng)過解耦模塊解耦之后，PI模塊能夠分別控制注入電網(wǎng)的有功和無功電流從而控制有功功率和無功功率。最后由SVPWM模塊生成開關管的開關信號以驅動開關管，得出并網(wǎng)的波形。仿真系統(tǒng)結構分析如下：假設逆變器輸入的直流電壓等效為，接到使用IGBT的三相橋式逆變電路上，利用脈沖</p><p>　　圖3-11 太陽能三相并網(wǎng)逆變器仿真模型圖<

102、;/p><p>　　仿真模型中主要測量了太陽能三相逆變器輸出的三相線電壓輸出波形，三相電流輸出波形以及PWM發(fā)生器輸出波形。</p><p>　　圖3-12 三相逆變器輸出三相線電壓仿真波形圖</p><p>　　圖3-13 三相逆變器輸出三相電流仿真波形圖 </p><p>　　圖3-14 三相逆變器SVPWM控制模塊波形</p>

103、<p>　　通過輸出波形可以看出，三相電壓經(jīng)過剛開始一段時間的波動之后逐步趨于穩(wěn)定，通過PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)之后，最后可以得到較為穩(wěn)定的三相電壓，最后可以確定三個PI調(diào)節(jié)器的的參數(shù)，電壓調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為，，電流調(diào)節(jié)的兩個PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為，。三相線電壓電壓幅值為380V，通過對三相波形的諧波分析可以得到并網(wǎng)逆變器輸出電流總諧波畸變率（THD）<5%。從而達到此次三相并網(wǎng)逆變器設計的目的。</p><

104、;p>　　4.3.3仿真分析小結</p><p>　　在本次基于SVPWM控制技術的三相并網(wǎng)逆變器仿真實踐中，采用世界上廣泛使用的功能強大的MATLAB仿真軟件來實現(xiàn)。首先根據(jù)實驗需要在SIMULINK環(huán)境下搭建模型，對各模型模塊進行介紹。然后對SVPWM算法實現(xiàn)的脈沖產(chǎn)生模塊Pulse進行詳細的分析，結合控制算法的三個基本步驟對各個子模塊進行分析。最后通過輸出三相電壓電流波形驗證了算法的正確性。仿真的過程

105、中通過改變參數(shù)可以看出，在SVPWM脈寬調(diào)制的線性調(diào)制范圍內(nèi)，隨著參考電壓矢量的變小，調(diào)制度m、調(diào)制波的幅值、輸出線電壓的幅值都隨著變小，但是調(diào)制信號的波形始終是馬鞍形。而隨著取值的進一步減小，也會是輸出線電壓幅值減小以至失真，故受開關器件限制載波頻率也不是越小越好，只有在適當值時候才能輸出正確合適的波形。仿真結果與理論分析基本一致，證明了本課題使用的SVPWM控制算法正確?；贛ATLAB/SIMULINK環(huán)境對SVPWM算法仿真的實

106、現(xiàn)，隨著今后進一步研究的深入，還可將該控制算法通過高級語言來實現(xiàn)，進一步可通過小型單片機編程體現(xiàn)SVPWM控制算法，通過理論與實踐的統(tǒng)一來證實控制算法的正確型、可操作性以期應用于工業(yè)生產(chǎn)實踐。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，能源需求增加與供給短缺的矛盾日益突出，特別是在太陽能發(fā)電技術應用中，電力電子技術領域中的逆變技

107、術發(fā)揮著比較重要的作用，對經(jīng)濟的發(fā)展具有深遠的影響。傳統(tǒng)的SPWM控制技術不能充分地利用逆變器直流側的直流電壓，輸出波形諧波含量較多等不利因素，本次設計中采用的具有諧波小、直流電壓利用率高、算法簡單等特點的電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術（SVPWM）作為一種新興逆變技術，對生產(chǎn)生活中提高用電效率，降低能源消耗等方面都有重要意義。</p><p>　　本文討論基于SVPWM控制的太陽三相并網(wǎng)逆變器的設計與實現(xiàn)，重點在分析

108、SVPWM控制技術的原理和控制算法。首先對當代能源狀況分析引入課題研究意義，討論了逆變技術的相關理論，引入PWM脈沖寬度調(diào)制技術，在分析了各種PWM技術的優(yōu)缺點后進一步引入SVPWM空間矢量脈寬調(diào)制，并以此確立為本文研究的主要內(nèi)容?；谌嚯妷盒蛽Q流器的阻感型星形連接對稱負載模型研究SVPWM原理，研究的數(shù)學工具是坐標變換，特別是d-q旋轉坐標系的引入為算法研究帶來了很大的方便，同時也成為后面仿真的重要理論基礎。根據(jù)建立的模型對SVPW

109、M的基本原理進行分析，在基本原理的基礎上詳細討論了SVPWM的控制算法，對控制算法分析的三個步驟也是后面仿真模型搭建的基礎和理論依據(jù)。在分析了SVPWM控制原理和控制算法后就需要對算法進行驗證和仿真。本文仿真平臺是MATLAB/SIMULINK，首先分析了模型接線結構，之后進入算法的核心模塊Pulse進行詳細分析，Pulse模塊就是基于前文討論的控制算法分析步驟理論分析。最后進行三相并網(wǎng)逆變器的接線和仿真，最后通過輸出波形分析負載上的電