武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5KW單相并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 自動(dòng)化學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣專(zhuān)業(yè)? 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 11.1 分布式發(fā)電系統(tǒng) 11.1.1 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng) 11.1.2 燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 21.2 分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 31.3 并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 41.4 選題目的及主要研究?jī)?nèi)容 5第2章 并網(wǎng)逆變器功率電路研究與設(shè)計(jì) 62.1 并網(wǎng)逆變器拓?fù)?62.1.1電路結(jié)構(gòu) 62.1.2 拓?fù)渥?62.2 主電路結(jié)構(gòu)框圖 72.3 逆變器主電路結(jié)構(gòu) 82.4 逆變器調(diào)制方式及開(kāi)環(huán)仿真 82.4.1 采用單極性倍頻的工作方式 82.4.2 并網(wǎng)逆變器開(kāi)環(huán)仿真 9第3章 并網(wǎng)逆變器控制及信號(hào)分析 103.1 輸出控制方式 103.2 鎖相環(huán)(PLL)技術(shù) 103.3 孤島檢測(cè) 113.3.1 孤島效應(yīng)及其危害 113.3.2 基于并網(wǎng)逆變器的反孤島策略 123.3.3 其它的一些外部檢測(cè)方法 143.3.4 孤島檢測(cè)方法的小結(jié) 153.4 諧波的測(cè)量和檢測(cè) 153.4.1受端治理措施 153.4.2 主動(dòng)諧波治理的措施 163.4.3 被動(dòng)治理諧波的措施 173.5 直流注入問(wèn)題 173.5.1 產(chǎn)生直流分量原因及危害 173.5.2 抑制直流分量方法 18第4章 并網(wǎng)逆變器的建模及仿真 194.1 并網(wǎng)逆變器閉環(huán)建模及仿真 194.2 本章小結(jié) 20總結(jié) 21參考文獻(xiàn) 22致 謝 23摘 要隨著新能源在分布式發(fā)電系統(tǒng)（DG）中的不斷應(yīng)用，并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的研究逐漸成為一個(gè)重要的領(lǐng)域。

本文針對(duì)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和相關(guān)的研究，主要內(nèi)容如下：本文首先對(duì)新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)逆變的相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，簡(jiǎn)要介紹了以燃料電池和風(fēng)能兩種可再生能源發(fā)電中電力電子技術(shù)的應(yīng)用為例其次主要總結(jié)了逆變器的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇逆變器調(diào)制方式，并且對(duì)逆變器開(kāi)環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真然后主要講了逆變器控制方式及鎖相功能，介紹孤島效應(yīng)的概念和危險(xiǎn)、幾種防止孤島效應(yīng)的檢測(cè)方法、直流注入問(wèn)題，也介紹了諧波的檢測(cè)和抑制最后則是在Matlab中對(duì)并網(wǎng)逆變器閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，達(dá)到了較好的并網(wǎng)電流跟蹤電網(wǎng)電壓的效果本文主要是通過(guò)對(duì)并網(wǎng)逆變器的相關(guān)的了解和研究，然后進(jìn)行并網(wǎng)逆變器的仿真，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)電壓，通過(guò)閉環(huán)控制最后對(duì)本文工作進(jìn)行了總結(jié)和展望關(guān)鍵詞：并網(wǎng)逆變器；鎖相；孤島檢測(cè)；Matlab仿真AbstractWith the application of new energy in distributed generation(DG) system, grid inverter system gradually become an important field. This thesis has carried on the experiment and research In view of the grid inverter system, the main contents are as follows:The new energy distributed generation system and grid-connected inverter related technologies have been summarized. The second mainly summarized a variety of inverter topologies, choosed inverter modulation method and simulated the inverter open-loop system, Then the mainly talked about the inverter control mode and phase locking function ,introduced the concept and danger of islanding , several kinds of preventing islanding detection methods, direct current injection problems and harmonic detection and suppression. The last simulated the grid inverter closed-loop system in the Matlab ,and it has achieved good results in the matter of grid current tracking grid voltage.Finally, the work in this paper is summarized and prospected .Key Words：grid inverter; phase lock; islanding detection; the Matlab simulationI武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論現(xiàn)代的社會(huì)對(duì)能源的需求不斷的增加，但是可以供利用的煤炭、石油等一次能源變得越來(lái)越少，而且發(fā)電過(guò)程中石油產(chǎn)生的廢氣、煤炭的燃燒和廢物都對(duì)自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，對(duì)人類(lèi)的健康和生活造成了很大的危害。

能源的危機(jī)，以及人們對(duì)自然保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，使得人們逐漸開(kāi)始使用可再生能源因此，分布式發(fā)電系統(tǒng)（DG）中使用可再生能源的將會(huì)迅速的發(fā)展起來(lái)，其中大多數(shù)在中型或者小型發(fā)電系統(tǒng)中用于補(bǔ)充電網(wǎng)系統(tǒng)、局部地區(qū)或者是偏遠(yuǎn)地區(qū)的發(fā)電等方面可再生能源的使用同時(shí)兼具了環(huán)保性和持續(xù)利用性，但是也存在著一些難以解決的問(wèn)題光伏電池價(jià)格昂貴，除了這樣的問(wèn)題之外，可再生能源的使用會(huì)明顯的受到很多因素的影響，如時(shí)間和季節(jié)對(duì)于不同的用戶(hù)，有可能會(huì)出現(xiàn)完全不一樣的特性，僅僅采用獨(dú)立的可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)要想給不同使用需要的用戶(hù)來(lái)供電是非常困難的所以，最好的解決辦法就是將可再生能源的發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)使用[1]1.1 分布式發(fā)電系統(tǒng)分布式發(fā)電系統(tǒng)(Distributed Generation System，簡(jiǎn)稱(chēng)DG系統(tǒng))，一般指的是容量不大于10MW，而且為電網(wǎng)提供電能的發(fā)電系統(tǒng)或者是能量?jī)?chǔ)備發(fā)電系統(tǒng)在需要的時(shí)候，它們會(huì)并網(wǎng)使用或者是與電網(wǎng)隔離而單獨(dú)運(yùn)行分布式發(fā)電系統(tǒng)中使用新能源發(fā)電，比如太陽(yáng)能電池或者燃料電池產(chǎn)生的電壓變，還有速風(fēng)力發(fā)電而產(chǎn)生的電壓都不能夠直接并入電網(wǎng)所以，在分布式發(fā)電系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用起著非常重要的作用，其必須使得分布式發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)系統(tǒng)的特性匹配，使之符合并網(wǎng)的要求，包括電壓、頻率、無(wú)功、有功以及諧波等等方面。

下面就以燃料電池和風(fēng)能兩種可再生能源發(fā)電中電力電子技術(shù)的應(yīng)用為例1.1.1 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)按照電力電子技術(shù)在系統(tǒng)中的使用來(lái)劃分的話(huà)，風(fēng)渦輪發(fā)電技術(shù)可以劃分為三個(gè)類(lèi)別：無(wú)電力電子的技術(shù)系統(tǒng)，部分無(wú)功補(bǔ)償會(huì)采用電力電子技術(shù)和全部采用電力電子技術(shù)的變換系統(tǒng)，分別如下圖1.1（a，b，c）所示風(fēng)能發(fā)電主要是利用風(fēng)力很大的地理位置，不斷發(fā)展大容量，組成風(fēng)場(chǎng)發(fā)電所以很多獨(dú)立風(fēng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)是先通過(guò)不同的方式變換，例如，有一種風(fēng)渦輪系統(tǒng)是先由每個(gè)獨(dú)立的風(fēng)渦輪系統(tǒng)經(jīng)過(guò)AC/DC裝置后，每個(gè)獨(dú)立的風(fēng)渦輪系統(tǒng)進(jìn)行串并聯(lián)，通過(guò)DC/AC裝置并入電網(wǎng)，如圖1.2中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所示這樣，每個(gè)風(fēng)渦輪都有自己的變換器裝置，因而可以按各自的優(yōu)化速度運(yùn)轉(zhuǎn)圖1.1 風(fēng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖1.2 風(fēng)場(chǎng)發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.1.2 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池是化學(xué)裝置，其可以不需要任何中間的過(guò)程而直接產(chǎn)生電能，它最大的優(yōu)點(diǎn)是高功率密度和對(duì)自然環(huán)境的低污染它的自身效率基本可以達(dá)到40%-60%，若配合氣輪機(jī)、加熱使用或者熱氣利用它的燃燒熱能，燃料電池的總利用效率甚至可以達(dá)到80%燃料電池的單元電壓在理論上最大可達(dá)l.2V，所以通過(guò)串并聯(lián)后DC/DC和DC/AC裝置轉(zhuǎn)換得到了用戶(hù)負(fù)載所需要的電壓。

圖1.3(a)，(b)為燃料電池的兩種率變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖燃料電池= == 電網(wǎng) DC/DC變換器 DC/AC變換器（a）DC/DC和DC/AC鏈接結(jié)構(gòu)=燃料電池 電網(wǎng) DC/AC變換器 AC/AC變換器（b）DC/AC和AC/AC鏈接結(jié)構(gòu)圖1.3 燃料電池功率變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.2 分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)隨著分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逐步增加，它們?cè)谝欢ǔ潭壬细淖儾⑶矣绊懥穗娋W(wǎng)，影響了其調(diào)節(jié)能力所以，國(guó)際相關(guān)部門(mén)針對(duì)分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)制定出了一些相關(guān)的技術(shù)尺度以及并網(wǎng)必須遵守的要求2003年6月，由標(biāo)準(zhǔn)制定委員會(huì)(Standards Coordinating Committee 21，SCC21)發(fā)布的IEEE Std1547—2003是第一個(gè)分布式電源系統(tǒng)并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了光伏系統(tǒng)、燃料電池、能量存儲(chǔ)設(shè)備、分布式發(fā)電裝置等這類(lèi)分布式電源系統(tǒng)IEEE Std1547—2003考慮的是容量不大于10MVA，工作頻率是60HZ的分布式發(fā)電系統(tǒng)所以針對(duì)中國(guó)的50HZ市電研究，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)按比例修改，然后作為參考該標(biāo)準(zhǔn)所關(guān)注的是測(cè)試規(guī)范、技術(shù)規(guī)范和并網(wǎng)連接本身，它包括通用的技術(shù)指標(biāo)、異常響應(yīng)的情況、并網(wǎng)波形的質(zhì)量、保護(hù)措施、孤島、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以及并網(wǎng)維護(hù)等等。

下面是標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于并網(wǎng)的幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)和要求[2]：首先是電壓異常范圍和響應(yīng)時(shí)間并網(wǎng)工作的時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)電壓的88%~110%為電網(wǎng)電壓的正常范圍，當(dāng)電網(wǎng)相電壓超出了所允許的范圍(如表1.1所示)，并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)立馬檢測(cè)出來(lái)，并且應(yīng)該在所規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，迅速脫離電網(wǎng)表1.1 并網(wǎng)系統(tǒng)電壓的異常響應(yīng)時(shí)間電壓范圍（標(biāo)準(zhǔn)電壓的百分比）響應(yīng)時(shí)間（S）V＜50%0.1650%≤V＜88%2.00110%≤V＜120%1.00V≥120%0.16其次是頻率異常范圍和響應(yīng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)制定委員會(huì)2003年發(fā)布的以60HZ分布式發(fā)電系統(tǒng)為對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)，得到表1.2中的頻率允許的偏移范圍和需要做出動(dòng)作的響應(yīng)時(shí)間60HZ下的系統(tǒng)正常范圍是59.3~60.5HZ根據(jù)功率的情況分為兩類(lèi)，容量大于30kW的裝置其表格數(shù)據(jù)有可變范圍表1.2 并網(wǎng)系統(tǒng)頻率異常響應(yīng)時(shí)間分布式系統(tǒng)容量頻率范圍（Hz）響應(yīng)時(shí)間（S）≤30kW＞60.50.16＜59.30.16＞30 kW＞60.50.16＜（59.8～57.0）0.16到300可變＜57.00.16還對(duì)并網(wǎng)電流諧波有要求并網(wǎng)系統(tǒng)不允許對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量造成污染，所以對(duì)并網(wǎng)電流要求如表1.3所示。

表1.3 并網(wǎng)電流的諧波指標(biāo)奇次諧波hh＜1111≤h＜1717≤h＜2323≤h＜3535≤h總諧波（THD）（%）4.02.01.50.60.35.0再就是對(duì)并網(wǎng)同步的要求并網(wǎng)系統(tǒng)工作的時(shí)候，并網(wǎng)的頻率、相位必須和電網(wǎng)電壓同步，而且必須使電壓幅值跟蹤電網(wǎng)電壓在系統(tǒng)和電網(wǎng)閉合之前，當(dāng)這三個(gè)指標(biāo)全部都達(dá)到表1.4所示的要求時(shí)，才允許閉合并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)，使系統(tǒng)和電網(wǎng)并聯(lián)工作表1.4 系統(tǒng)并網(wǎng)同步的參數(shù)指標(biāo)容量（kVA）頻率差（Δf，Hz）。