【正文】 a1S 和 a3S 是邏輯非的關(guān)系（同理 a2S 和 a4S 也具有此關(guān)系），所以有效狀態(tài)只有 3 種。 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。三電平逆變器適合大容量，高電壓變頻場(chǎng)合，開頭器件工作在較低頻率下可以獲得較好的波形，因此，開關(guān)損耗相對(duì)較低，效率高，電路的電磁干擾問題大大減輕。 中國(guó)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)。 （ 1）不同光照強(qiáng)度下的 IV曲線 （ 2）不同光照強(qiáng)度下的 PV 曲線 （ 3）不同溫度下的 IV曲線 （ 4）不同光照強(qiáng)度下的 PV曲線 圖 不同光照和溫度下的 IV 曲線和 PV 曲線 此外，串聯(lián)電阻 SR 對(duì)光伏電池也有影響，此電阻的大小取決于光伏電池制造工藝，是光伏電池內(nèi)部所有分部電阻的集中體現(xiàn)，也受環(huán)境輕微影響，如溫度等。 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。從圖中（ 1）可以看出，短路電流幾乎和日照強(qiáng)度成正比，開 路電壓隨著日照強(qiáng)度的影響 圖 光伏電池 IV 和 PV 特性曲線 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 不大，只有很小的增加。 如圖所示。 （ 3）最大功率（ MAXP ） 光伏電池輸出 UI 特性曲 線上，根據(jù)外電路負(fù)載的變化，任何一點(diǎn)可以作為工作點(diǎn)。 （ 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。 太陽能電池的主要參數(shù)如下： （ 1 ）開路電壓（ ocV ） 光伏組件在外電路開路情況下的端電壓，用符號(hào) ocV 。 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。 實(shí)際的單元太陽能電池還具有體串聯(lián)電阻 SR 和并聯(lián)電阻 shR 以及 PN 結(jié)電容等。K是玻耳茲曼常數(shù)（ J/ 23? ） 。 0I 為反向飽和電流（ A） 。 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。 太陽能電池工作原理和構(gòu)造 太陽能電池的基本特性和二極管 相似，以簡(jiǎn)單的 PN 結(jié)為例來說明其工作原理， 當(dāng)光線照射太陽能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在 P－ N 結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。 能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч?，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒?銅等。 太陽能電池是通過 光電效應(yīng) 或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成 電能 的裝置。 （ 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。 （ 3） 研究了傳統(tǒng)的 SVPWM 算法的原理和實(shí)現(xiàn)步驟，并建立了仿真模型進(jìn)行分析。 本文主 要研究?jī)?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。在眾多的控制策略中，空間矢量脈寬調(diào)制具有調(diào)制比大、能夠優(yōu)化輸出電壓波形、易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)、母線電壓利用率高等特點(diǎn)，因而 SVPWM 控制方式受到了人們的普遍關(guān)注。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) 。它以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機(jī)的理想磁通圓為基中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 準(zhǔn)， ，通過這個(gè)矢量所在位置附近三個(gè)相鄰變換器的開關(guān)狀態(tài)矢量，利用伏秒平衡原理對(duì)其擬和形成 PWM 波形。 （ 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。用牛頓 —— 拉夫遜迭代法求解這個(gè)非線性方程組，解得 α1， α2， …… ， αn的值。 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(jiǎn)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。 上述方法推廣到 N 電平變換器既為 N1 個(gè)三角載波分別與調(diào)制波進(jìn)行比較。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。 到目前為止，人們已經(jīng)提出了大量的多電平逆變器的 PWM 控制方法，主要方法有： （ 1） 載波調(diào)制法 [1 13 14] 載波調(diào)制 （ Carrier PWM） PWM 控制技術(shù)，就是通過載波和調(diào)制波的比較，得到開關(guān)脈寬控制信號(hào)。 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。然而，多電平變換器是從三電平變換器結(jié)構(gòu)中發(fā)展起來的，三電平變換器的研究是多電平研究的基礎(chǔ)，而且三電平變換器的 PWM 控制技術(shù)相比之于其他更高電平的 PWM 控制技術(shù)要簡(jiǎn)單，但向更高電平拓展卻相比兩電 平更方便。 中國(guó)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)。在傳統(tǒng)兩電平變換器 PWM 控制技術(shù)中有包括載波調(diào)制法、諧波消除法和電壓空間矢量調(diào)制法等諸多成熟的 PWM 方法 [1]。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。目前，三電平逆變器是實(shí)現(xiàn)大容量、高壓電機(jī)控制方法之一，相對(duì)于傳統(tǒng)的大容量逆變器結(jié)構(gòu)， 多電平逆變器在高壓大容量化和高性能化之間實(shí)現(xiàn)了很好的結(jié)合。 PWM 控制技術(shù)研究背景 1980 年，日本長(zhǎng)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]。2021 年，中國(guó)光伏發(fā)電增長(zhǎng)迅速， 2021 年，國(guó)家相繼出臺(tái)了“金太陽”示范工程、“屋頂工程”等一系列支 持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，有效拉動(dòng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的光伏應(yīng)用需求，由此帶動(dòng)了我國(guó)光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用 。”據(jù)統(tǒng)計(jì)： 2021 年底，我國(guó)太陽能光伏電池年產(chǎn)量已達(dá) 200 萬千瓦，占全球市場(chǎng)的 30%以上。近 20 年來，我國(guó)通 過技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新， 我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)已初規(guī)模。 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。然而隨著人類需求日益增加，化石能源正面臨日益枯竭的危險(xiǎn)，此外，化石能源的使用 帶來的嚴(yán)重后果不容忽視。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。 Photovoltaie gridconnected 目 錄 第一章 緒 論 ................................................................................................................................. 1 太陽能和光伏發(fā)電 ........................................................................................................... 1 三電平逆變器 PWM 控制技術(shù)研究背景 ........................................................................... 1 三電平 PWM 控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀 ................................................................................... 2 本文的主要研究?jī)?nèi)容 ....................................................................................................... 3 太陽能電池工作原理和 構(gòu)造 .......................................................................................... 4 太陽能電池的工作特性 ................................................................................................ 5 第三章 三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ............................................................................................. 7 三電平逆變器的工作原理 .............................................................................................. 7 三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型 ............................................................................................... 9 三電平空間矢量原理 ..................................................................................................... 10 參考電壓矢量合成原則 ................................................................................................ 12 三電平逆變器 SVPWM 控制策略 .................................................................................... 13 坐標(biāo)變換 ............................................................................................................. 13 參考矢量的合成 ................................................................................................. 15 參考矢量所在區(qū)域的判斷 ................................................................................. 15 開關(guān)矢量作用時(shí)間計(jì)算 ...................................................................................... 16 開關(guān)優(yōu)化選擇 ..................................................................................................... 17 三電平逆變器并網(wǎng)控制策略 .............