【正文】 控制逆變器開關(guān)動作以使下一個采樣時刻的輸出電壓準(zhǔn)確等于正弦參考指令。因此，重復(fù)控制器經(jīng)常和 PI 控制器進(jìn)行并聯(lián)控制，在保證穩(wěn)態(tài)精度的同時提高其動態(tài)響應(yīng)速度。經(jīng)過補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)闹貜?fù)控制系統(tǒng)單位增益且無相位滯后。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）24Z NS ( z )Q ( z ) ++ e ( k )Z kC ( z )圖 314 重復(fù)控制器控制框圖其中，各環(huán)節(jié)介紹如下： 為周期延遲環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)使本周期的誤差與擾Nz?動從下一周期開始影響控制量。其控制思路是：假定前一周期出現(xiàn)的輸出電壓波形畸變將在下一周期的同一時刻再次出現(xiàn)，控制器根據(jù)參考信號和輸出電壓反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后，在下一個基波周期將此校正信號疊加在原控制信號上，這樣就可以消除輸出電壓的周期性畸變。但是，滯環(huán)電流控制也存在著開關(guān)頻率過高、頻率不穩(wěn)定的問題，而且功率器件的開關(guān)頻率處于變化中，有時會出現(xiàn)窄脈沖或大的電流尖峰，使主電路與保護(hù)電路的設(shè)計難度增加，難以選擇較適合的器件。 對負(fù)載參數(shù)的變化不敏感，且能補(bǔ)償參數(shù)變化帶來的影響。采用滯環(huán)比較方式的電流跟控制方法具有以下特點(diǎn)：硬件結(jié)構(gòu)非常簡單、操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)。在基波頻率處，具有無窮增益的特性可以使基波頻率處幅頻特性為 1，相頻特性為 0，因此()Gs可以實(shí)現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差控制。(2) 比例諧振控制傳統(tǒng)的 PI 控制是基于誤差進(jìn)行控制的，也就是指，系統(tǒng)中必然存有一定的穩(wěn)態(tài)誤差。其傳遞函數(shù)為： (31)()ipKGss??其中， 為比例系數(shù)，表示當(dāng)前的誤差，主要影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)； 為pK iK積分系數(shù)，表示過去累積的誤差，主要影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）22目前應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器的控制方式有多種，如滯環(huán)控制、PI 控制、比例諧振控制、重復(fù)控制、無差拍控制、單周期控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等多種。采用數(shù)字化控制方式，系統(tǒng)效率高，電能質(zhì)量好，可靠性好。圖 312 并網(wǎng)逆變控制電路圖并網(wǎng)逆變器控制策略可以采用模擬方式和數(shù)字方式來實(shí)現(xiàn)。由于其控制方法相對簡單，因此使用比較廣泛。逆變器與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的輸出控制可分為電壓控制和電流控制。本文根據(jù)實(shí)際需求，選擇單級單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這個拓?fù)涫轻槍τ?10KW 光伏發(fā)電系統(tǒng)提出的。與圖 34 相比,圖 310 的偽直流環(huán)節(jié)省略了直流濾波器,后級逆變器只用很低的開關(guān)頻率就可以得到高質(zhì)量的輸出,最后需要一個低通濾波器來減小 THD。圖 34 是一個傳統(tǒng)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它通過前級逆變器的高頻升壓變壓器、整流器和直流濾波器,在前級和后級逆變器之間得到了一個可控的直流電壓。圖 39 還有另外一種控制策略,在前級將直流電壓整流為正弦波形,后級將這個正弦波轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)頻率的交流電壓。在大功率、高性能、直流電壓波動范圍大的場合,多級式逆變器更加適用。圖 37　六開關(guān)隔離型 Buckboost 逆變器圖 38　六開關(guān)非隔離型 Buckboost 逆變器單級 Buckboost 逆變器省去了低頻變壓器,與傳統(tǒng)的工頻逆變器相比 ,性價比高,體積小。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以保證在輸入直流電壓變化范圍很大時,得到令人滿意的交流輸出波形。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是裝設(shè)的兩個高頻變壓器起到了電氣隔離的作用,而且可以承受直流電壓有比較大的波動,但是兩個高頻變壓器也增加了成本,這樣的逆變器適用于 PV 發(fā)電系統(tǒng)。圖 36 是一個四開關(guān)隔離型雙向 Buckboost 逆變器,兩個雙向反激變換器并聯(lián)組成了主電路拓?fù)?電網(wǎng)連接著兩個變換器的輸出端。圖 35 是一個四開關(guān)非隔離型 Buckboost 逆變器,輸入端把直流電源分成兩部分,分別給兩組 Buckboost 電路供電。多級轉(zhuǎn)換逆變器需要多于一級的能量交換,其中前幾級往往完成升降壓或電氣隔離的功能,最后一級來完成 DCAC 轉(zhuǎn)換。圖 33 傳統(tǒng)低頻隔離型 Buck 逆變器傳統(tǒng)的逆變器在用于現(xiàn)有很多大功率系統(tǒng)時,往往需要裝設(shè)一個笨重的工頻變壓器,對逆變過程中產(chǎn)生的諧波、直流分量具有很好的隔離效果,能夠有效地滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對并網(wǎng)設(shè)備的要求,但是成本高、體積大、重量重,特別是有變壓器后逆變效率難以進(jìn)一步提高。隔 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）16離型逆變器一般都是用一個變壓器來進(jìn)行隔離的。 一般的電路結(jié)構(gòu)并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是逆變器的關(guān)鍵部分,它關(guān)系著逆變器的效率和成本。功率單向流動、雙向流動等各種形式。除此之外，逆變器的還包括單相逆變器和三相逆變器。多級轉(zhuǎn)換 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15逆變器應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)為 DCDCAC 逆變器、DCACAC 逆變器和 DCACDCAC 逆變器。各種拓?fù)淇梢韵嗷ソY(jié)合成各種不同的形式，以滿足各種要求。如何降低電網(wǎng)電壓波動對并網(wǎng)電流的影響，就是將要研究的課題。為保證饋送電能的有效性及質(zhì)量，要求接口電壓與電網(wǎng)電壓相匹配，同時保證同頻同相。其中電子開關(guān)的導(dǎo)通由控制電路的調(diào)制信號控制。電網(wǎng)電壓對并網(wǎng)電流的影響和干擾可以通過電流閉環(huán)控制框圖 21 看出，電網(wǎng)電壓在濾波環(huán)節(jié)之前，靠近輸出電流，從傳遞函數(shù)看出電網(wǎng)電壓對電流有影響。因此，本文主要將研究此兩種情況下并網(wǎng)逆變器的控制策略。(2) 對電力電子裝置進(jìn)行本身改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，如單位功率因數(shù)變流器(UPFC)。電力電子裝置和負(fù)載的非線性特性引起的波形畸變可分解為基波和諧波之和。其電壓幅值變化通常為額定值的 90%~110%。(5) 電壓中斷:指電網(wǎng)供電中斷(低于額定值的 10%)，持續(xù) 個周波到 3 秒為瞬時中斷，持續(xù) 3 秒到 6 秒為暫時中斷，持續(xù)時間大于 60 秒為持續(xù)中斷。 電網(wǎng)波動情況分類電網(wǎng)是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，其中有多種多樣的非正常波動及諧波，對各種電網(wǎng)波動情況的分類是研究課題的基礎(chǔ)，根據(jù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)籌委員會和其它國際 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）12委員會的文件，推薦用以下術(shù)語來描述主要的電能質(zhì)量問題:(1) 電壓下陷:電壓有效值降到額定值的 10%~90%，持續(xù)時間為 個周波至1 分鐘，主要是由大型設(shè)備、大型電動機(jī)啟動，或者大型電力變壓器的接入造成的。(5) 感應(yīng)電機(jī)在輕載運(yùn)行時功率因數(shù)很低，無功功率問題很突出。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）11而其中的主要諧波源是一些電力電子裝置，造成電網(wǎng)諧波污染的主要諧波源包括:(1) 帶感性負(fù)載的整流電路，不但產(chǎn)生諧波，而且也造成功率因數(shù)的滯后。 (2) 輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波： 輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。電能作為商品在電力市場運(yùn)行機(jī)制下不同的發(fā)電公司包括獨(dú)立電能生產(chǎn)者在發(fā)電側(cè)實(shí)行競爭, 輸配電系統(tǒng)即電力公司與發(fā)電分離獨(dú)立經(jīng)營管理, 為發(fā)電公司和用戶提供轉(zhuǎn)送電能服務(wù), 用戶側(cè)也可以作為獨(dú)立實(shí)體參加價格控制。本課題為并網(wǎng)逆變抗電網(wǎng)電壓擾動電流控制研究，根據(jù)自動控制的原理，分析研究不同控制方法對抗電網(wǎng)電壓擾動的影響。但是，電網(wǎng)存在的波動將直接或間接影響到并網(wǎng)電流，使之產(chǎn)生畸變，從而影響到并網(wǎng)的功率因數(shù)。 本文的主要研究內(nèi)容在風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電、電子負(fù)載、分布式發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域，并網(wǎng)逆變是共同的核心技術(shù)。(2) 分布式發(fā)電的發(fā)展方向隨著電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,分布式發(fā)電系統(tǒng)擁有了更大的發(fā)展空間。e. 發(fā)展三相并網(wǎng)逆變器。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）8d. 應(yīng)用多電平逆變器。c. 應(yīng)用軟開關(guān)逆變器。b. 增大允許的直流電壓輸入范圍。圍繞這兩大目標(biāo),并網(wǎng)逆變器有以下幾個發(fā)展趨勢。對電動機(jī)的再生能量綜合利用,同樣可以很好地節(jié)能。并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)發(fā)電、饋能的核心技術(shù)，其中主要應(yīng)用于以下可再生能源發(fā)電、電子負(fù)載領(lǐng)域，在電機(jī)測試上也能有所應(yīng)用。我國的并網(wǎng)逆變器技術(shù)尚處于研發(fā)階段，與國際水平相比有一定的差距，主要表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品的可靠性和功能上。采用 DSP 進(jìn)行控制，設(shè)計簡單，而且可以實(shí)現(xiàn)多種控制方式，如智能控制。早期的并網(wǎng)逆變器一般采用模擬控制方式，采用波形發(fā)生電路分別產(chǎn)生正弦信號波和三角載波，兩者比較生成的 SPWM 波通過驅(qū)動電路控制主電路中功率器件的開通和關(guān)斷。如：并網(wǎng)逆變器采用雙向功率流動的拓?fù)?，在并網(wǎng)工作時，既可以向電網(wǎng)提供電能，同時也可以從電網(wǎng)吸收能量。根據(jù)逆變器的輸入端和輸出端是否隔離,逆變器分為隔離型和非隔離型。多級式逆變器需要多級拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行能量交換,其中前幾級大多用于升壓或電氣隔離,由最后一級完成電能的轉(zhuǎn)換。目前，應(yīng)用于不同的場合的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多種情況。70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO） 、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（PowerMOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。電力電子技術(shù)是 20 世紀(jì)后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新的技術(shù)。 逆變技術(shù)的發(fā)展和研究成果逆變技術(shù)就是將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即接有電源是，稱為有源逆變；當(dāng)交流側(cè)直接與負(fù)載相連是，稱為無源逆變?；谀莛佇碗娮迂?fù)載具有以上的優(yōu)點(diǎn)，尤其在節(jié)約能源和減少電源檢測成本等各方面能饋型電子負(fù)載都有積極的作用，所以對它的研究與實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源的要求及試驗(yàn)自動化的要求也會越來越高。由于該電子負(fù)載沒有把試驗(yàn)的功率變成熱浪費(fèi)掉，因此不必使用體積龐大的電阻箱及冷卻設(shè)備，大大節(jié)約了安裝空間和安裝費(fèi)用。與電阻型及一般電子型負(fù)載相比它具有以下的優(yōu)點(diǎn):(1) 節(jié)約能源。另一方面，由于所采用的 PWM 變流器工作在開關(guān)狀態(tài)，與一般工作在放大狀態(tài)的電子負(fù)載相比，它可實(shí)現(xiàn)大功率應(yīng)用的要求，從而具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。電能反饋型電子負(fù)載利用電力電子變換技術(shù)將被試電源的輸出能量大部分無污染地反饋回電網(wǎng)，節(jié)約了大部分的能源。一直以來，國內(nèi)外學(xué)者都在不斷研究可以替代實(shí)際負(fù)載的電子模擬負(fù)載，即電子負(fù)載。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4在測量 ACDC 和 DCDC 電源、功率器件、電池、電池充電器等輸出能量或消耗能量時都需要負(fù)載來實(shí)現(xiàn),傳統(tǒng)的方法是利用靜態(tài)電阻(固定電阻、變阻箱和滑動變阻器等) 來充當(dāng)被測負(fù)載。隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的出臺和市場的發(fā)展，我國的光伏產(chǎn)業(yè)必將得到快速地發(fā)展。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，逆變器效率的高低、可靠性的好壞直接影響整個并網(wǎng)系統(tǒng)的性能。在北京建成了 20kwp、50kwp 等容量等級的光伏屋頂并網(wǎng)系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。而只有將這些電能有效回饋至電網(wǎng)，才能實(shí)現(xiàn) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3可再生能源的大規(guī)模、高效率利用。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)不斷發(fā)展完善。另外，大量消耗傳統(tǒng)能源也帶來很多環(huán)境污染的問題，如排放大量的二氧化碳，造成溫室效應(yīng)，已經(jīng)成為世界各國共同面對的問題。 并網(wǎng)逆變器的應(yīng)用 課題研究的背景意義隨著人類社會的不斷發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)及文化活動需要大量的能源，而現(xiàn)如今不可再生能源日益緊缺和環(huán)境污染程度不斷加重，可再生能源（如太陽能等）的利用倍受重視，同時人們不斷追求更清潔、有效和節(jié)約的利用能源方法。同時, 諧波會使變壓器和電動機(jī)的使用壽命縮短?！? 同時，電力系統(tǒng)中諧電的危害電網(wǎng)諧波造成電網(wǎng)污染, 正弦電壓波形畸變, 使電力系統(tǒng)的發(fā)供用電設(shè)備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障, 情況日趨嚴(yán)重。因此，保證可靠和高質(zhì)量的電能供應(yīng)對保障國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及提高人民生活質(zhì)量具有重要的意義。再加上自然因素如雷電、風(fēng)暴和炎熱等，電網(wǎng)中經(jīng)常會出現(xiàn)擾動甚至供電瞬時中斷。目前電能質(zhì)量中 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1某些問題已成為電工領(lǐng)域的前沿性課題, 吸引了許多高等院校、科研院所和一大批電力科技工作者投入其中從事開拓性或開發(fā)性工作。而改善電能質(zhì)量對于電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行, 保障產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及人民生活和生產(chǎn)的正常等均有重要意義。從普遍意義上講, 電能質(zhì)量是指優(yōu)質(zhì)供電。在所有的動力能源中，電能使用最方便，適用范圍非常廣，并且是清潔的。很難想像失去電能支撐的文明世界將會如何運(yùn)行。電網(wǎng)供電質(zhì)量是電力工業(yè)產(chǎn)品的重要指標(biāo)。IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)調(diào)委員會正式采用“PowerQuality” 這一術(shù)語，并給出了其較為統(tǒng)一的定義 :合格的電能質(zhì)量是指給敏感設(shè)備提供的電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)均適合于該設(shè)備正常工作。自世紀(jì)年代以來, 隨著新型電力負(fù)荷迅速發(fā)展以及它們對電能質(zhì)量的要求不斷提高, 電能質(zhì)量才逐漸成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的問題。 電力電子裝置的大量應(yīng)用，在電力系統(tǒng)中增加了大量的非線性負(fù)載，其開關(guān)工作方式會引起電網(wǎng)電壓、電流波形畸變，造成電網(wǎng)的諧波污染。另一方面電網(wǎng)的電能質(zhì)量惡化，也會對用戶，