三相光伏并网逆变器及其控制(共70页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上授予单位代码 学号或申请号 密 级 中 原 工 学 院硕 士 学 位 论 文论文题目: 三相光伏并网逆变器及其控制 研究生姓名: 严 攀 研究方向: 电力电子及光伏并网发电技术 指导教师: 王晓雷 教授 指导教师单位: 中原工学院 学科专业名称: 控制理论与控制工程 申请学位级别: 硕士 论文提交日期: 2012年3月 论文答辩日期: 2012年3月 培养单位: 中原工学院 学位授予单位: 中原工学院 答辩委员会主席: 专心-专注-专业中原工学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所作的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。学位论文作者签名： 年 月 日中原工学院学位论文知识产权声明书本人完全了解中原工学院有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于中原工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适合本声明。学位论文作者签名： 指导教师签名：年 月 日 年 月 日三相光伏并网逆变器及其控制专 业：控制理论与控制工程硕 士 生：严攀 指导教师：王晓雷 教授摘 要光伏并网发电过程是将直流电变为交流电并将能量输送给电网，逆变器是太阳能电池和大电网连接的核心设备，它的稳定性和可靠性决定了输送电能的质量，为了提高发电质量，需要对系统的硬件和软件做深入的分析。本文对这两个方面都做出了比较详细的数学推导，并进行了理论仿真，然后在此基础上搭建了硬件平台，对这些算法进行了初步的验证，给出了相应的实验结果。首先，本文对光伏阵列的结构进行了分析，并搭建了阵列的仿真模型，从仿真模型的PU曲线可以看出阵列存在最大输出功率，并在此基础之上就最大功率跟踪问题做出了深入思考，在传统的算法基础之上提出了一种算法，仿真表明该算法比传统算法具有更好地跟踪效果。接着，本文对逆变器的拓扑结构做出了说明，并选择了单级式的拓扑结构作为本文研究对象。对于L型和LCL型的滤波器结构而言，其数学模型是不同的，并网电流的控制算法也要做相应的改变。对于电压型逆变器，本文采用直接电流控制，分别对滞环控制和三角波比较控制做出了分析。特别地，对于LCL型滤波器在同步坐标系下因其复杂的解耦，本文引入了PR控制，搭建了matlab仿真对上述算法进行了仿真和对比分析。最后，本文就L，LCL滤波器还有采样电路进行了理论计算，搭建了实验平台，用TMS320F2812做核心控制器对理论算法进行了初步的验证，给出了实验波形。关键词：光伏并网发电 最大功率点跟踪 直接电流控制 PR控制Three-phased Photovoltaic Grid-connected Inverter And ControlSpeciality: Control Theory and Control EngineeringName: Yan PanSupervisor: Professor Wang XiaoleiAbstractThe photovoltaic power generation process is making the direct current to the alternating current and transmissing to the grid, the inverter is the core equipment of the connection between solar cells and grid, its stability and reliability determine the quality of the electrical energy transmission.In order to improve the quality of power generation, a in-depth analysis on hardware and software of the system have done. This paper have made a more detailed mathematical derivation and theoretical simulation on these two aspects, have also made a preliminary validation of these algorithms and given the corresponding experimental results on a hardware platform.First, this paper analyzes the structure of the photovoltaic array, then builds a simulation model of the PV array. The exist of maximum output power of the P-U curve can be seen from the simulation model, a deep thinking of the maximum power point tracking also have done on this basis, and proposes a new algorithm simulation shows that has a better tracking results compared with the traditional algorithm.Then, this paper describes the topology of the inverter, and selects single-stage topology as a research object. For L-and LCL-filter structure, the mathematical model is different, and the net current control algorithms also need to do the appropriate change. In this paper,direct current control is used on voltage source inverter, and respectively analysises hysteresis control and the triangle wave comparing control. In particular, because decoupling of the LCL type filter in the synchronous coordinate system is complicated, this paper introduces PR control, sets up a matlab simulation to simulate and give comparative analysis of the above algorithm.Finally, this paper gives theoretical calculations of the L-and LCL-filter and sampling circuit, builds an experimental platform using TMS320F2812 as core controller to do a preliminary validation of the theoretical algorithm, and gives the experimental waveforms.Key words：Grid-connected Photovoltaic Power；Maximum Power Point Tracking；Direct current control；PR control目 录1.绪论1.1 课题研究背景及意义不言而喻，随着时间的推移，化石燃料的不断枯竭，势必人们会越来越清醒的认识到，能源问题将是一个制约人类发展的重大问题，不得不提前做好充分思想准备，以及必要的行动。不可再生能源会因消耗而减少，人们都把目光投向可再生能源的开采和利用。太阳能是可再生能源的一种，它在前期投入后，管理以及运行费用少，同时无噪声污染，是一种很好的自然资源。同时它在我国也分布广泛，充分利用好太阳能将对我国的经济以及生态环境有重大而深远的影响。1.2太阳能发展的最新动态1煤，石油等是可再生能源，总有用完的一天，人类社会若要长久发展，不得不提前考虑可再生能源的利用，现在很多国家开始关注太阳能这一块天地，并在积极寻求有效开采太阳能的办法。下面介绍了几种目前太阳能利用的新动向。（1）最新太阳能采集装置氦气球美国技术人员Joseph Cory和航天工程师Pini Gurfil话费多年时间一同对氦气球进行了开发，并获得了成功。研究发现10ft(1ft=0.3048m)大的气球可以输出一千瓦左右的能量，这对采集太阳能来说其意义是非常深远的。（2）有机薄膜太阳能电池新型的有机薄膜电池的转换效率较传统的效率高。与原来两层的构造相比，它加入一层混合薄膜，这样就变为三层了，由于面积增加从而提高了太阳能利用率。（3）南非发明廉价太阳能电池在南非的约翰内斯堡大学维维安艾伯特发明了一种新型的太阳能电池板，该电池板是一层只有的特种感光合金，这大大提高了太阳能电池板的材料利用率，从而有效地降低了光电转换的成本。1.3简述太阳能电池的分类太阳能电池按照不同的材料可以分为硅和化合物，其中硅又可以分为晶体和非晶体，化合物可以分为铟硒铜、碲化镉、砷化镓、磷化铟。对于晶体而言，可分为单晶体多晶体薄膜式多晶。太阳能电池的分类如图1.1所示：图1.1太阳能电池的分类1.4 我国太阳能资源我国有着十分丰富的太阳能资源，全国太阳年照射量可达,平均值大约为，在我国，西部地区的太阳年辐射总量高于东部地区太阳年辐射总量，南部太阳年辐射总量低于北部太阳年辐射总量，在北纬地区，太阳随纬度的增加而增长。由于地理位置的原因，青藏高原等西部地区接受光照的时间最长，其光伏资源也最为丰富。1.5太阳能光伏发电系统的其他应用（1）太阳能空调器的应用家用电器中，最耗电的莫过于空调了，在炎热的夏季，人们电力的需求显著提高，而且每日的负荷也处在变化中，一般白天时出现尖峰负荷。由于供电负荷曲线与太阳能电池输出曲线非常一致，如果把太阳能电池和空调组合起来，则可达到夏季电力负荷平峰的目的。家庭用的太阳能空调器是在变频空调的整流部分附加太阳能供电装置，这样就可以有效地利用太阳能的发电效率，同时抑制夏季供电尖峰，减少二氧化碳的排放。其拓扑图如图1.2所示：图1.2太阳能空调器的拓扑图（2）太阳能电动车在现代城市中，内燃机汽车的热效率不到20%，55%以上都排放到周围的空气当中去了，大量排放的有害气体影响了人体的健康和动植物的生长。如果采用新型动力能源的，改用内燃机为电动机的话那将是一个很好的发展方向，太阳能电动汽车是电动汽车的一种，它将太阳能和蓄电池结合起来，可以有效的节约石油燃料的燃烧，保护我们的生态环境。（3）太阳能充电器太阳能充电器，是一种小容量的充电装置，可对手机，数码相机等移动电器设备进行充电，对于旅游或是野外工作者来说，如果随身带一块便携式太阳能充电器也许能起到雪中送炭的作用。1.6本文的所做的工作本文主要研究三相光伏并网逆变器，从光伏电池的模型开始入手，搭建Matlab/simulink仿真光伏阵列模型，然后在此模型的基础之上分析了光伏阵列的最大功率点的算法，提出了一种与传统算法不同的算法，仿真表明该算法具更好的最大功率跟踪特性。接着本文对三相光伏并网逆变器的拓扑结构做了简单的介绍，选用单级式逆变器作为研究的对象，对于电压型并网逆变器，本文采用了滞环控制，三角波比较控制，特别地，如果选用三角波比较控制的话，对于L型和LCL型滤波器的拓扑结构来说，可以直接对交流比较控制，也可以转化到同步旋转坐标系下面对直流进行控制，本文对这部分也做出了详细分析，给出了仿真模型，并对仿真的波形做出了分析。最后，为了验证理论算法，本文搭建了实验平台，依托主控芯片TMS320F2812实现了三相光伏并网逆变，给出了相应的波形。2.光伏阵列的电气特性本章首先介绍了太阳能电池的光电转换特性以及基本工作原理，并根据单个太阳能电池的数学模型，推导出光伏阵列的工程数学模型，并以此作为依据推导出光伏阵列的工程实用模型，建立了MATLAB/SIMULINK仿真模型，并在此基础上，绘出了太阳能阵列的PU和IU曲线，从曲线可以观察到太阳能阵列最大功率点受到光照和温度的影响较大，而且基本呈现一个到抛物线的形状，存在一个最大功率点，在建立的电池模型基础之上，就寻找最大功率点的问题做出了一些思考，给出了一种新的算法，从仿真波形可以看出该算法与常规的MPPT算法相比起来有更大的优越性。 2.1 太阳能电池的基本原理当光线照射太阳能电池时，一部分被反射掉，一部分被太阳能电池吸收，还有少量透过太阳能电池，在被太阳电池吸收的光子当中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在P区、空间电荷区和N区都会产生光生电子空穴对，这样形成的电子空穴对在热运动的作用下将四处移动。光生电子空穴对产生后，马上被内建电场分离，光生电子被推到N区，光生空穴被推到P区。在N区，光生电子空穴对产生后，光生空穴便向PN结边界扩散，一旦达到PN结边界，便立即受到内建电场的作用，在电场力作用下面漂移，越过空间电荷区进入P区，而产生的光生电子被停留在N区。P区中的光生电子也向pN结边界扩散，并在到达PN结边界后，同样由于受到内建电场的作用而在电场力的作用下做漂移运动，进入N区，而光生空穴则停留在P区，因此PN结两侧产生了正负电荷的积累，形成与内建电场方向相反的光生电场，在抵消内建电场后，P型层依然带正电，N型层依然带负电，因此产生了光伏电动势。然而单个的太阳能电池输出功率是有限的，工程上一般采用多个电池串并联的方式提高输出电压与输出功率的等级，多块太阳能电池的组合称为太阳能阵列。本章主要研究太阳能阵列的特性。 2.2 光伏阵列的建模和特性分析2.2.1 光伏阵列的数学模型2本章在MATLAB/Simulink 的环境下，建立了仿真模型3，可以动态地跟踪光照、温度的变化，瞬时地计算出整个光伏阵列的（I-U）暂态曲线。太阳能阵列是由许多这光伏组件通过串并联的方式组合而成的，如同下面的等效电路图。图2.1 光伏电池等效电路图太阳能电池阵列的工作状态，可以用图2.1等效。该阵列的I-U方程为： (2.1) 其中，为光伏阵列等效短路电流，为光伏阵列开路电压，A、B为引入的中间系数，其表达式分别为： (2.2) (2.3) 式(2.2)和式(2.3)中的为光伏阵列等效最大电流；为光伏阵列等效最大电压，其数值分别可以由供应商所提供的单个光伏电池的最大功率点电流和最大功率点电压，以及光伏阵列的排列秩序来求得，其计算公式分别为： (2.4) (2.5) 其中：M为光伏阵列总的串联单元数（总行数）；N为光伏阵列总的并联支路数（总列数）并且短路电流和开路电压也可由供应商所提供的单个太阳能电池板的短路电流和开路电压，以及光伏阵列的排列秩序来计算得到： (2.6) (2.7)在实际的工程应用中，光照强度S和电池板温度T一般情况下都是与标准状况下有一定的差距的，而供应商提供给我们的技术参数一般都是在标准日照强度为和标准电池温度为下所测定的参数，因此我们需要根据标况下的技术参数推算出实际工程环境下的技术参数，这样才可得到适合于工程应用的模型。下面就给出相关的推算过程，其中、为修正后的技术参数。 (2.8) (2.9) (2.10) (2.11) (2.12) (2.13) (2.14) (2.15) (2.16) (2.17)在I-U特征曲线形状基本不变的情况下，上述式中a,b,c可取值为：，。此次仿真采用的太阳能电池板总数为60块，其中串联单元数M取为20，并联支路数取为3。太阳能光照强度S取为，太阳能电池阵列平均温度取为，单个太阳能电池板的开路电压取为22V、短路电流取为5.3A、最大功率点电压取为17.5V、最大功率点电流取为4.9A。将这些参数输入以上建立的工程模型中，可以通过示波器得出太阳能电池阵列的I-U特征曲线和P-U曲线。2.2.2不同光照强度下光伏阵列的的IU及P-U特性特征曲线首先分析光照强度对太阳能电池阵列I-U特征和P-U特征的影响，此时选定太阳能电池阵列温度不变，取为，再分别选取5组不同的光照强度，分别为、，其它电池参数均不变。可作出阵列在不同光照强度下光伏阵列的的IU及P-U特性特征曲线如下：图2.2 不同光照强度下的I-U特征曲线 图2.3 不同光照强度下的P-U特征曲线仿真结果与计算结果想吻合，并且可以看出在电池温度一定的情况下，其太阳能电池阵列的输出最大功率随着光强的减弱而减小。2.2.3不同温度下光伏阵列的IU及P-U特性特征曲线其次分析太阳能电池阵列的温度对对太阳能电池阵列I-U特征和P-U特征的影响，此时选定光照强度S不变，取为，再分别选取5组不同的太阳能电池板的温度，分别为、，其它参数不变。I-U特征曲线图2.4所示，P-U特征曲线图2.5，从图可以看出在光照强度一定的情况下，太阳能电池阵列的输出最大功率随着电池温度的升高而减小。图2.4不同温度下的I-U特征曲线图2.5不同温度下的P-U特征曲线2.3 最大功率点控制策略及仿真如上述，在一定光照强度和温度下，太阳能阵列的U-P曲线存在一个功率最大值点，为了充分提高太阳能的利用效率，有必要是输出功率达到最大点，在光伏发电系统中，通常是控制直流电容的电压来控制阵列最大输出功率的。 最大功率点跟踪本质上就是数学中求最值的问题，为了实现最大功率输出需要不断改变光伏阵列两端的电压使之工作在最大功率所对应的电压。当光伏阵列两端的电压高于最大功率点的电压时，则减少电容两端的电压，当阵列两端的电压小于最大功率点的电压时则要增大电容两端的电压。换句话说就是不管光照和温度如何变化，输出电压始终要向最大功率点的电压靠拢。下面是几种最大功率点的跟踪的算法。2.3.1固定电压法（C&T）对于光伏阵列来说，其最大功率点一般在开路电压的0.780.8之间，有时为了避免过于繁琐的算法给系统带来控制上的不稳定性，采用固定电压法来近似最大功率点。这种算法控制简单，但是不能很好的实现最大功率跟踪。2.3.2扰动观测法（perturb&observe algorilhms, P&O）4首先说明一下扰动观察求最大功率点的方法，扰动观测法的工作原理是在当前次电压的基础之上增加一个小的电压值作为扰动，然后把采集到的电压电流信号相乘，计算出新的功率与上一次的功率相比较，倘若输出的功率较前一次的大，则继续增加输出电压，反之则减少输出电压。具体实现过程是：根据采集到的前一次的电压电流信号，计算出功率，在前一次的基础上增加一个电压扰动（），然后根据采集到的当前次的电压电流信号，计算出功率。那么当，则继续增加扰动。当时，则减少扰动。当时，则保持不变。2.3.3电导增量法（Incremental Conductance）5从光伏整列的PU曲线可以看出，若以电压为自变量，功率为函数，那么功率和电压是一个单峰曲线，因此可以根据数学里面的峰值处倒数为零的关系可知： (2.18)对式（2.18）求的偏导，可得： (2.19)当阵列工作在最大工作点时：，则有： (2.20)式（2.20）即为系统工作在最大功率点的条件。由于采集时间很短，所以有：，而斜率则当，则增加电容两端的电压；当，则减少电容两端的电压；当，则保持电容两端的电压不变；但在很多情况下的情形是很少发生的，因此可以取一个小的领域，让斜率落在这个领域内则保持不变。2.3.4 牛顿插值算法（Newton method）6-7本文提出的这种新的算法是基于扰动观察与曲线拟合的一种方法，该算法结合了扰动观察法简单快捷的优点，同时又运用数学里面曲线拟合的思想以便更加精确的找到最大功率点，其思想是：保留三次的电流电压采样结果：，；，；，根据这三次的采样结果计算出前一次的斜率和当前次的斜率：，如果且，则继续增加扰动；如果且，则减少扰动；如果则保持不变；如果，则需要进行曲线拟合。下面具体讲一下牛顿插值拟合曲线的思想。从P-U曲线上可以看到，在最大功率点附近时，曲线呈现抛物线形状，我们假定其拟合曲线函数为：，再对其求导即可找到拟合最值。（1）牛顿插值算法关于差商的定义记为函数在点的零阶差商。设有函数以及自变量的一系列互不相等的值， (即在)。称（）为函数在点，的一阶差商，简称一阶差商，并记为。（）为函数在处的二阶差商；一般地，把称为在的阶差商。（2）牛顿插值由差商的定义可得： 事实上，如果,上式显然成立；,因为,所以上式也成立。类似的，由各阶差商的定义，可以依次得到 依次由下而上将后一式代入前一式，最后可得到： = = 则，其中称为次牛顿插值多项式，是截断误差。（3）牛顿插值在MPPT中的应用采用了一种变结构三点采样的牛顿优化与变步长结合的方法我们只选前三项并去掉余项。令令，得：算法流程图如下：图2.6牛顿插值控制流程图当三采样点在最大功率点同侧时加大或减少步长，这一点是以二点扰动观测法为基础的。在最大功率点两侧时则运用牛顿插值算法输出拟合最大功率点，若斜率之积为零，则输出中间点。由此建立Matlab/simulink仿真模型如图2.7所示：图2.7牛顿插值MPPT仿真图图中最下面一MATLAB Function模块为控制输出电压模块，把采集过来的电压电流信号通过各算法对输出电压进行控制，使其输出跟踪最大功率点，结果送入示波器与最大功率点电压比对，以便更好观察跟踪效果。下面就仿真结果做一下分析：当温度不变，关照变化时：为更好地模拟现实光照的变化，假定光照的变化过程是: 1000-900-880-860-840-820-800-100，再从100-700-740-780-810-1000，其中有连续小幅度阶跃递减，有大的阶跃变化，还有连续阶跃上升，程序中设定步长为1，红线为最大功率时的阵列电压，蓝线控制电压，仿真结果如图2.8：图2.8光照变化跟踪图波动次数在113各段上分别是4次，1.3次，1.3次，1.3次，2.3次，2.3次，1.3次，1.3次，2次，6次，2次，4次，2次（每三点合计为一次）。稳定后最大误差不到0.2伏，有的波段最小误差不到0.11伏。为更清楚地看到跟踪过程，将第1和第8段放大如下图：图2.9第1段放大后跟踪图图2.10 第1段放大后跟踪图当光照从800阶跃变化到100时其滞后时间为0.1秒，抖动次数1.3次，稳态误差不到0.12伏。 温度与光照同时变化当光照不变时温度变化时，仍然是单变量，最终影响p-v曲线，会出现上面跟得住的情况，下面再假设光照和温度同时任意变化，观察其跟踪效果，任意选某种变化仿真结果如图3.1：图2.11 光照温度同时变化时的跟踪图其抖动次数从1-14段依次是1.3次，2次，4次，9次，1.3次，2.6次，1.3次，1.3次，1.3次，1.3次，10次，1.6次，1.6次，1.3次，2次，1.6次，1.3次，1.3次，5次，5次，1.3次，5次，其平均次数是2.8次，每次经过抖动后立刻稳定输出，也就是说只要光照与温度“休息”，它就跟着“休息”，而且不会出现较大的抖动电压，抖动是在所难免的，关键是抖动总时间与总时间的比值，变结构牛顿插值算法每抖动1.3次的时间约为0.016秒，容易算出以上变化时间累计约为0.8秒，在14秒内，变动22次，抖动时间不到1秒，这较传统MPPT算法具有很大的优越性,有效避免来回抖动所带来的功率损失，同时对后级的PID控制也有很大的意义。当我们改变算法，用lagrange抛物线插值，或最小二乘时，会在某些时段会出现较大漏电压，有时超过10伏，20伏甚至更高，而且抖动次数也比较多，这就降低了发电效率，在这不再给出相应的仿真结果。两点三次插值计算结果非常复杂，对导数的处理也不容易，反到不如用插值来处理，其结果简单准确。2.4本章小结本章主要研究了光伏阵列的基本原理和数学模型，并在此基础之上搭建了matlab仿真，从光伏阵列的模型来看，它受光照和温度的影响，随光照的增强，最大输出功率在不断增大，随温度的升高，最大功率输出在不断减少，从阵列的输出PU曲线来看，光伏阵列存在最大功率点，然后本文对最大功率点的算法展开了分析，提出了一种与传统算法不一样的算法牛顿插值算法。仿真表明该算法保留了扰动观察法的优点，同时又客服了它的缺点。3.三相单级式光伏并网逆变器的控制策略3.1光伏并网逆变器电力质量技术要求8-9光伏并网逆变器作为与电网互联的供输电设备，必须满足电网在允许的电压波动、频率偏移范围内正常工作。光伏系统向电网输送的电能必须符合国家标准。偏离标准要求的电压、频率、畸变率范围、并网逆变器须停止向电网输送电能。由于与供电系统相联的光伏系统不会调整电压，系统只是将电流输入到供电系统中。因此电网电压实际为一种保护功能，用于对异常供电情况作出反应。供电系统控制着系统的功率，而光伏系统要求与市电同频工作，允许频率波动范围是49.8-50.2Hz，每一个单独谐波应该限制在一定比例(如表3.l所示)。表3.l中所显示的限制是在系统全输出的情况下基波电流频率的百分比。而这些范围内的连续谐波的畸变为应小于如下表所列不连续谐波变度限制的25。光伏系统输出功率因数应0.99，输出电流的直流含量应小于逆变器额定输出电流的0.5%。表3.l 畸变度限制不连续谐波畸变度限制第3第94.0%第11第152.0%第17第211.5%第23第330.6%第33以上0.3%3.2 光伏并网逆变器拓扑结构103.2.1 并网逆变器拓扑结构分类 并网逆变器的结构繁多，按照功率变化等级和拓扑结构分为单级多级。不论选择那种拓扑结构都会影响光伏逆变器的成本，光伏逆变器要追求成本低效率高性能稳定可靠。(1) 单级式光伏并网发电系统单级并网发电是无需前一级的BOOST升压，只用一级能量变换就可以完成能量从直流变换成交流的逆变器，因此对直流侧的电压要求要比较高，否则不能安全并网，但是它具有电路简单、元器件少、效率高成本低等诸多优点，为了满足这种拓扑结构中逆变器的输入电压和功率要求，系统需要把光伏组件通过合适的串并联组成光伏阵列，以保证直流侧的电压要求。(2) 多级式光伏并网发电系统多级式光伏并网发电系统前一级主要是完成直流的变换，而后一级主要是完成逆变，前一级一般可以采用BOOST、BUCK-BOOST、Cuk等拓扑结构电路，其主要实现MPPT的功能以及满足并网电压的需要，后一级可采用半桥或全桥逆变，实现单位功率因数并网。 3.2.2 本系统的拓扑结构以及分析11本系统逆变器的采用的逆变器拓扑结构如图3.1。图3.1 三相单级式光伏并网发电系统主电路结构图三相单级式并网逆变器的主电路等效结构，图中PV代表太阳能电池板，VD代表前向二极管，防止反向电压对光伏电池的损害， ，为三相电网电动势，为滤波电感，为线路和开关管的等效电阻，为直流侧稳压电容，为逆变器输出电压。从系统图可以看出，三相桥每一个桥臂有两个开关管，一共有六个开关管。虚线部分为所要选用的滤波器可以选用L型，也可以选用LC型，还可以选用LCL型的滤波器（图为L型并网逆变器）。首先定义一下开关函数：上臂开，下臂关下臂开，上臂关，其中（）为了分析开关状态，将逆变器的等效电路下图3.2：图3.2 逆变器的等效电路图开关状态与逆变器输出电压和三相负载电压之间的关系如下表：表3.2 逆变桥臂的开关状态对应的其简化电路图如下：图3.3 逆变器的功率开关管的八种开关模式3.3 三相单级式光伏并网逆变器的工作原理12-14本节重点介绍三相单级式并网逆变器在不同滤波器下面的数学模型及控制方法。3.3.1 三相半桥L型滤波器数学模型15-18图3.4为三相单级式L型并网逆变器的主电路等效结构图中PV代表太阳能电池板，VD代表前向二极管，防止反向电压对光伏电池的损害，为三相电网电动势，为线路等效电阻，为滤波电感，为直流侧稳压电容，为逆变器交流侧输出电压，为输出电流，由上图可列出太阳能电池在三相静止坐标系(a-b-c)下的电气方程式。（1）三相静止坐标系下的数学模型定义一下开关函数：上臂开，下臂关下臂开，上臂关，其中（）根据基尔霍夫电压定律有： (3.1)其中： (3.2) (3.3)当电网平衡时有： (3.4)将各式相加有： (3.5)易得： (3.6)（2）两相静止坐标系下的数学模型从三相静止坐标变到两相静止坐标（又称Clarke变换）是的数学投影关系，新的坐标体系下坐标轴相互正交，分别记为： 和，令轴与A轴重合，轴与其正交。Clarke变换矩阵如下： (3.7)则将上式经过Clarke变换之后可得到两相静止坐标系下的数学模型： (3.8)（3）同步坐标系下的数学模型从两相静止坐标变到两相旋转坐标（又称Parke变换）是的让坐标轴以相同的角速度旋转，这样会产生相对静止的直流量，新的坐标体系下坐标轴相互正交，分别记为： 和，其变换矩阵如下： (3.9)坐标系如下：图3.5 Parke变换则将上式经过Parke变换之后可得到两相旋转坐标系下的数学模型： (3.10)在同步旋转坐标系当中，逆变器输出电压的 d轴和 q轴分量分别为 ，： (3.11) (3.12)而：