【正文】 ????????????????????????????????????????????????cbacbacbasssCNBNANEEEitdditdditddLLLiiiRRRuuu000000000000 （ ） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 因?yàn)樨?fù)載相電壓和逆變輸出有如下關(guān)系： SSSEuuucbadC N 39。函數(shù) iS 可分解成 ipS 、 ioS 、 inS 三個(gè)單獨(dú)的開關(guān)，當(dāng)這三個(gè)開關(guān)處于斷開的狀態(tài)時(shí)，值為 1，而處于閉合狀態(tài)時(shí)，值為 0。表 給出了 A 相電位發(fā)生變化時(shí)，功率開關(guān)器件的工作狀態(tài) ( “ — ” 表示關(guān)斷，“ +”表示導(dǎo)通 )。 （ 2） 當(dāng) Sa2， Sa3導(dǎo)通， Sa1， Sa4關(guān)斷時(shí) ： 如負(fù)載電流正向，電流流過 Da1和 Sa2，輸出電壓通過箝位二極管 Da1將輸出電壓箝位在 0，如負(fù)載電流為負(fù)向，電流流過 Da2和 Sa3， 輸出電中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 壓通過箝位二極管 Da2將輸出電壓箝位在 0，此時(shí) 也使功率器件 Sa1， Sa4承受的電壓為 Vdc/2； （ 3） 當(dāng) Sa3和 Sa4導(dǎo)通，而 Sa1和 Sa2關(guān)斷時(shí)：如負(fù)載電流為正向，電流流過 Sa3和 Sa4， 忽略管壓降， 則輸出端與 C2 負(fù) 端接通，相對(duì)直流側(cè)中點(diǎn) n 點(diǎn)輸出電壓為 Vdc/2，如果電流為負(fù)向，電流流過 Sa3和 Sa4對(duì)應(yīng)的續(xù)流二極管， A 相輸出的電壓仍為 Vdc/2。 三電平逆變器的工作原理 負(fù)載a1Sa2Sa4Sa3Sb1Sb2Sb3Sb4Sc1Sc2Sc3Sc4Saibi cin1C2Cd c 1Vd c 2VdcV +++a1Da2Db1Db2Dc1Dc2D 圖 三電平逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如圖 所示三電平逆變主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從圖中可以看出直流母線側(cè)電容 1C 2C 將直流電壓分成 Vdc/ Vdc/2 和 0 三個(gè)等級(jí)，該電路有三個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂有 4 主開關(guān)器件、4 個(gè)續(xù)流二極管和 2 個(gè)箝位二極管。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 第三章 三電 平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 三電平逆變器是多電平逆變器最基本的結(jié)構(gòu)。 如圖（ 3）所示，溫度變化會(huì)引起光伏電池輸特性顯著變化，溫度的升高會(huì)引起短路電流的少量增加，并引起開路電壓的嚴(yán)重降低。 如圖所示。 （ 2）短路電流 （ scI ） 光伏電池在外電路短接的情況下流經(jīng)外電路的電流稱為短路電流，用符號(hào) scI 表示。 實(shí)際的 光伏 電池中電阻等參數(shù)是分布參數(shù)，但是工程中應(yīng)用中集總參數(shù)后， 仍有足夠的精確度，所以本文暫不考慮分布參數(shù)問題。K是玻耳茲曼常數(shù)（ J/ 23? ） 。 電池單元是太陽電池的最小單元，一般不單獨(dú)使用，將若干個(gè)太陽能電池單元按需并聯(lián)封裝后 就成為太陽能電池組件， 功率一般在幾瓦至幾百瓦之間，眾多的太陽能電池組件并聯(lián)后就形成了太陽能光伏陣列。 能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦 銅等。 （ 5） 通過 MATLAB/SIMULINK 對(duì)三電平逆變器 SVPWM 控制方式 進(jìn)行仿真，驗(yàn)證該方法的正確性和可行性。 本文主 要研究內(nèi)容如下： （ 1） 對(duì)太陽能和光伏 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景進(jìn)行了綜述，深入研究了太陽能光伏電池的工作原理，并通過 MATLAB／ SIMULINK 建立了仿真模型。而且這種方法對(duì)各種目標(biāo)的控制相對(duì)容易實(shí)現(xiàn) 。 （ 3）空間矢量調(diào)制法 [3 17 20] 三電平及多電平空間矢量調(diào)制（ Space Vector PWM， SVPWM）法和兩電平空間矢量方法相同都是建立在空間矢量合成概念上的 PWM 方法。 載波調(diào)制法特點(diǎn)： 三電平的載波調(diào)制方法調(diào)制波為正弦波，實(shí)現(xiàn)簡單，但是電壓利用率低，而且對(duì)于一些控制目標(biāo)的控制 如中點(diǎn)電位平衡的控制沒有很好的考慮。根據(jù)三角載波之間相位關(guān)系的排列不同，可以分為： （ 1）同相層疊方式 （ Phase Disposition， PD） ，即所有載波以相同的相位上下排列疊加。 綜合上述介紹，開展對(duì)三電平變換器 PWM 控制技術(shù)的研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 多電平 PWM 控制技術(shù)是多電平研究的關(guān)鍵核心技術(shù)。而脈寬調(diào)制（ PWM）控制技術(shù)隨著電壓型逆變器的應(yīng)用越來越廣泛已經(jīng)逐漸成為變換器研究和應(yīng)用中的一個(gè)共性且核心技術(shù)，多電平變換器更是如此。 PWM 控制技術(shù)研究背景 1980 年，日本長岡科技大學(xué)的 等人在 IEEE 工業(yè)應(yīng)用（ IAS）年會(huì)上首次提出了中點(diǎn)箝位式（ Neutral Point Clamp）三電平逆變器 [6]?！睋?jù)統(tǒng)計(jì)： 2021 年底，我國太陽能光伏電池年產(chǎn)量已達(dá) 200 萬千瓦，占全球市場的 30%以上。 太陽能取之不盡，用之不竭，無環(huán)境污染 等優(yōu)越性， 又由于太陽能電池的主要原料 —硅的儲(chǔ)量十分豐富，隨著其的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)換效率的不斷提高發(fā)展成本的日趨降低， 所以，全球能源專家認(rèn)為太陽能是最具有發(fā)展前景的的綠色能源。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。 Space Vector Modulation (SVPWM)。 switching losses would be reduced to a relatively low level and high efficiency be achieved。 本科生畢業(yè)論 文 姓 名： 學(xué) 號(hào) ： 04072021 學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化 論文題目： 基于光伏發(fā)電系統(tǒng)三電平逆變器研究 指導(dǎo)教師： 職 稱： 2021 年 06 月 徐州 畢業(yè)論文題目： 基于光伏發(fā)電系統(tǒng)三電平逆變器研究 畢業(yè)論文專題題目： 畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求： 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)閱書 指導(dǎo)教師評(píng)語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握； ② 獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③ 研究內(nèi)容的 理論依據(jù)和技術(shù)方法 ；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文評(píng)閱教師評(píng)閱書 評(píng)閱教師評(píng)語 （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑥寫 作的規(guī)范程度；⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績； ⑧ 存在問題； ⑨ 是否同意答辯等 ）： 成 績： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒有 回答 答辯委員會(huì)評(píng)語及建議成績： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 在將太陽能 轉(zhuǎn)化為電能時(shí)， 三電平逆變器 更 適合大容量，高電壓變頻場合， 具有 開 關(guān)器件工作在較低頻率下可以獲得較好的波形，開關(guān)損 耗相對(duì)較低，效率高，電路的電磁干擾 小等優(yōu)點(diǎn) 。 ABSTRACT In the process of the transformation of solar energy into electricity, the threelevel inverter is more suitable in condition of large capacity and high voltage frequency conversion. When it is used, the following advantages can be embodied. Switching device can get better waveforms at the lower frequency。 ThreeLevel Inverter。在某種意義上講，人類社會(huì)的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。 在當(dāng)今世界，能源的發(fā)展，能源和環(huán)境，是全世界、全人類共同關(guān)心的問題， 也是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題?！笆濉蹦茉匆?guī)劃中提出：“ 推進(jìn)能源科技創(chuàng)新 ， 大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能以及清潔煤利用、核能、智能電網(wǎng)、新能源汽車、分布式能源等新興能源科技裝備技術(shù) ?？梢姡覈夥a(chǎn)業(yè)正在高速發(fā)展中。 然而，在三電平及多電平電路的研究和應(yīng)用中，因?yàn)殚_關(guān)器件眾多以及電路自身問題，比如中點(diǎn)電位不平衡問題，所以需要對(duì)其開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行合理控制。而這些 PWM 控制思想也可以推廣到多電平變換器的控制中。所以，研究和應(yīng)用多電平 PWM 控制技術(shù)首先應(yīng)先從三電平 PWM 控制技術(shù)的研究做起。 主要 方法 是載波層疊法（ Carrier Disposition PWM），它是從兩電平載波調(diào)制方法中直接擴(kuò)展而來，是由兩組頻率和幅值相同的三角載波上下層疊，且兩組載波對(duì)稱分布于同一個(gè)調(diào)制波的正負(fù)半波，通過調(diào)制波分別與兩個(gè)載波的比較結(jié)果控制開關(guān)器件動(dòng)作。此外，多電平的載波調(diào)制 PWM 技術(shù)又發(fā)展初交替反向?qū)盈B式（ Alternative Phase Opposition Disposition， APOD）和載波移相法（ Phase Shift Carrier PWM）。微處理器根據(jù)這 n個(gè)角度，發(fā)出脈沖去控制功率管，得到理想的輸出波形（不含有所消去的諧波） 。空間矢量調(diào)制方法在大范圍調(diào)制比內(nèi)有很好的性 能，具有很小的輸出諧波含量和較高的電壓利用率。本文選擇二極管箝位型三電平逆變器作為主要的研究對(duì)象。 （ 4） 在三電平逆變器并網(wǎng)控制方式上，采用電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)電壓與網(wǎng)側(cè)電流的控制。以光電效應(yīng)工作的 薄膜 式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)就是光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。V 為外加電壓（ V）； q 是電子電荷（ 19? ） 。考慮到這些因素，通常采用 如圖所示 的等效電路 [4]。表示在不存在有效的電場的情況下， PN 結(jié)內(nèi)建立靜電場是光伏效應(yīng)的主要來源，內(nèi)建靜電場越強(qiáng)，它使非平衡電子和