【正文】 生正好滿足了逆變技術(shù)的發(fā)展要求，從8位的帶有PWM口的微處理器到單片機(jī)，發(fā)展到今天的32位DSP器件，使先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、模糊控制等在逆變領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用?？傊?，逆變技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展而發(fā)展的，進(jìn)入21世紀(jì)，逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展。而逆變電源是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，逆變電源的性質(zhì)決定了光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量。隨著逆變電源的類型的增多和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)可以應(yīng)用到與國(guó)民生產(chǎn)和日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。 國(guó)內(nèi)研究水平以及發(fā)展趨勢(shì)近年來，現(xiàn)代逆變技術(shù)主要朝著高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化以及并機(jī)技術(shù)的趨勢(shì)發(fā)展。而目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的逆變電源按變換方式主要采用工頻變換。工頻變換逆變電源是先產(chǎn)生50HZ交流信號(hào)，然后利用工頻升壓器產(chǎn)生220V交流電。這種逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但這種逆變器體積大、笨重、噪音大、價(jià)格高、效率方面也有待進(jìn)一步提高。高頻變換逆變電源是通過高頻DCDC變換技術(shù)，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓直流，經(jīng)過高頻變壓器升壓后再整流成高壓直流，對(duì)其再進(jìn)行正弦變換，即可得到220V/ 50Hz正弦波交流電。雖然這種逆變器控制環(huán)節(jié)較多，電路復(fù)雜，但是因?yàn)椴捎昧烁哳l變換，因而體積小、重量輕、噪音小、效率高，是目前可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中首選產(chǎn)品。 論文主要研究的的內(nèi)容以及目標(biāo)本課題主要是研究逆變技術(shù)，通過給定輸入的直流電轉(zhuǎn)化為能帶動(dòng)額定負(fù)載的交流電輸出，并以此為基礎(chǔ)利用Matlab與DSP混合編程研究單相逆變電源的仿真，并將做出相應(yīng)的參數(shù)辨別曲線，做出估算及計(jì)算精度。主要涉及到的問題包括以下幾個(gè)方面：確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；建立逆變電源主要部件的數(shù)學(xué)模型；如何實(shí)現(xiàn)逆變系統(tǒng)的PWM控制；了解Matlab與Simulink軟件的使用方法、編程以及仿真方法；用Matlab對(duì)逆變系統(tǒng)進(jìn)行仿真。第二章 獨(dú)立逆變電源的系統(tǒng)分析逆變技術(shù)是在電力電子技術(shù)中最主要、最核心的技術(shù)，它主要應(yīng)用于各種逆變電源、變頻電源、開關(guān)電源、UPS電源、交流穩(wěn)壓電源、電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償、電力有源濾波器、變頻調(diào)整器、電動(dòng)汽車、電氣火車、燃料電池靜置式發(fā)電站等。本章將對(duì)獨(dú)立逆變系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和比較，對(duì)獨(dú)立逆變電源的控制和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和簡(jiǎn)化并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)整定。 逆變技術(shù)的分類現(xiàn)代的逆變技術(shù)種類很多，可以按照不同的形式進(jìn)行分類，主要有如下幾種：按逆變器輸出交流的頻率，可分為工頻逆變(50~60Hz )、中頻逆變(400Hz到十幾KHz)、高頻逆變(十幾KHz到幾MHz)。按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。按輸出能量的去向，可分為有源逆變和無源逆變。按逆變主電路的形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。按逆變主開關(guān)器件的類型，可分為晶閘管逆變、晶體管逆變、場(chǎng)效應(yīng)管逆變、IGBT逆變等等。按輸出穩(wěn)定的參量，可分為電壓型逆變和電流型逆變。按輸出電壓或電流的波形，可分為正弦波輸出逆變和非正弦波輸出逆變。按控制方式，可分為調(diào)頻式(PFM)逆變和調(diào)脈寬式(PWM)逆變。按逆變開關(guān)電路的工作方式，可分為諧振式逆變、定頻硬開關(guān)式逆變和定頻軟開關(guān)式逆變。 獨(dú)立逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的比較目前常見的逆變系統(tǒng)結(jié)果主要有一下三種： 工頻變壓器形式電路即單結(jié)構(gòu)（DCAC），如圖21所示，先將電流電壓轉(zhuǎn)換成有效值相同的交流電壓，再由工頻變壓器將所得的交流電壓升到預(yù)期的額定交流電壓（比如220V）。工頻變壓器形式電路的工作效率一般可以達(dá)到90%以上，可靠性高、抗輸出短路的能力強(qiáng)。但是采用工頻變壓器造成體積龐大，所以質(zhì)量較大，價(jià)格也比較昂貴，而且響應(yīng)速度慢、波形畸變嚴(yán)重、帶非線性負(fù)載的能力比較差。蓄電池負(fù)載濾波環(huán)節(jié)工頻逆變工頻升壓圖21 工頻變壓器形式 高頻變壓器形式電路即三級(jí)結(jié)構(gòu)（DCACDCAC），如圖22所示，主電路分為高頻升壓部分和工頻逆變部分，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。（1）高頻升壓部分（DCACDC）：首先將直流電壓逆變成有效值相同的高頻交流電壓，然后經(jīng)過高頻變壓器升壓，再整流濾波可以得到一個(gè)穩(wěn)定的高壓直流電壓。（2）工頻逆變部分（DCAC）：濾波得到的高壓直流電壓經(jīng)過工頻逆變電路得到220V或者380V的交流電壓。此系統(tǒng)的逆變效率一般可以達(dá)到90%以上，由于采用了高頻變壓器，使系統(tǒng)的體積、重量、噪聲等都明顯減小，但是該電路也相對(duì)比較復(fù)雜。蓄電池負(fù)載濾波環(huán)節(jié)高頻逆變逆變整流高頻升壓直流升壓DCDC環(huán)節(jié)逆變DCAC環(huán)節(jié)圖22 高頻變壓器形式 無變壓形式電路即兩級(jí)結(jié)構(gòu)（DCDCAC），如圖23所示，將直流電壓經(jīng)過非隔離變化后得到高壓直流電壓，再通過工頻逆變得到交流電壓。由于不采用變壓器進(jìn)行輸入和輸出的隔離，所以系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、成本低而且系統(tǒng)也不復(fù)雜。但是由于沒有進(jìn)行隔離，所以存在許多不安全因素，為了進(jìn)行保護(hù)和防止干擾，必須采取許多防護(hù)措施。蓄電池負(fù)載升壓濾波環(huán)節(jié)工頻逆變圖23 無變壓器形式由于本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)逆變電源進(jìn)行仿真，綜合比較上述方案，本設(shè)計(jì)最終將采用無變壓器形式的主電路方案，設(shè)計(jì)中分為升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)中，逆變器的輸入為24V直流電壓，而其輸出則要求為穩(wěn)定的220V交流電壓，所以系統(tǒng)中必須有升壓變壓器。升壓環(huán)節(jié)實(shí)際上是DCDC開關(guān)電源，由于DCDC變換器的結(jié)構(gòu)非常多，本文只介紹其中幾種常見的結(jié)構(gòu)電路： 正激式如圖24(a)所示，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在變壓器繞組中增加一個(gè)去磁繞組便可實(shí)現(xiàn)去磁效果，是中小功率變壓器常用的設(shè)計(jì)方案，但是該電路變壓器鐵心單向磁化，利用率比較低，主功率管承受兩倍的輸入電壓，只能適合低壓輸入電路。 反激式如圖24(b)所示，該電路的形式與正激式變換器相似，主功率管承受的電壓相同，但是變壓器的接法卻不相同。而從輸出端看，反激式電路可以看做一個(gè)電流源，所以不能開路。 圖24(a) 圖24(b) 正激式變換 反激式變換 半橋式如圖25(a)所示，變壓器鐵芯不存在直流偏磁現(xiàn)象，變壓器在兩象限工作，功率管只承受電源電壓，所以該電路適合用于高壓中功率場(chǎng)合。 全橋式如圖25(b)所示, 變壓器鐵芯利用率高，容易采用軟開關(guān)工作方式，功率管也只承受電源電壓，但是功率器件相對(duì)比較多，而且存在直通現(xiàn)象，適合用于大功率場(chǎng)所。 圖25(a) 圖25(b) 半橋式變換 全橋式變換 推挽變換如圖26所示，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，完全可以看作是有兩個(gè)對(duì)稱的單端正激式變換器組成的，所以變壓器鐵芯是雙向磁化的，在相同的鐵芯尺寸下，推挽電路可以比正激式電路輸出更大的功率。但是如果該電路不能嚴(yán)格對(duì)稱的話，鐵芯就非常容易引起直流偏磁飽和，而且偏壓器原邊存在漏感，所以主功率管必須承受超過兩倍的電源電壓，因此適合用于低壓大電流場(chǎng)合。 圖26 推挽變換 直流升壓斬波電路如圖27所示，該電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，控制方式簡(jiǎn)單，而且用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能30%左右，所以直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)，同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。 圖27 直流升壓斬波電路綜合比較上述方案，本設(shè)計(jì)最終決定采用直流升壓斬波電路作為升壓環(huán)節(jié)的主電路，下面就簡(jiǎn)要的分析一下該直流升壓斬波電路的工作方式。如圖27所示，升壓斬波電路中的開關(guān)器件可以根據(jù)具體的應(yīng)用需要來選擇，其中二極管VD可以防止電容C通過電源放電。該電路的工作過程可以分為三種模式，其等效電路如圖28所示。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，該電路工作在模式1和模式2；當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電路工作于模式模式2和模式3。 (a) 模式1 (b) 模式2 (c) 模式3 圖28 升壓斬波電路等效電路當(dāng)電流連續(xù)工作時(shí)，升壓斬波電路的主要工作波形如圖29(a)所示，設(shè)在t= 時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，在時(shí)間內(nèi)，電路工作在模式1，開關(guān)器件V導(dǎo)通時(shí)間為，電路等效為兩個(gè)回路，在直流側(cè)，電感L中的電流按指數(shù)上升，由上升到，此時(shí)開關(guān)器件V的電壓為0V，所以電感電壓就為電源電壓，又因此時(shí)的二極管VD截止，即電流為0A，直流電源的能量將全部?jī)?chǔ)存在電感L中，負(fù)載上的電流由電容C放電來維持恒定。在時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V關(guān)斷，電路工作方式為模式2，此時(shí)電源和電感儲(chǔ)能釋放，同時(shí)向電容和負(fù)載供電。有，其中成為升壓比，升壓比的倒數(shù)記作,和的關(guān)系可以表示為：+=1，所以上面公式整理后又可以表示為： 。其中，占空比1，可見電路的輸出平均電壓大于輸入直流電源電壓，即該斬波電路具有升壓功能，符合設(shè)計(jì)要求。 (a) (b) 圖29 升壓斬波電路的主要工作波形