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1、湘潭大学毕业设计说明书题 目：逆变器的V/f控制及仿真 学 院： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 目录摘 要2ABSTRACT3第一章 引言51.1逆变器概述51.2逆变器研究意义5第二章 逆变器的原理62.1 逆变电路62.2 换流方式142.3 调制方式162.3 本章小结33第三章 逆变器的控制方式333.1 V/f控制原理333.2 PQ控制原理343.3 本章小结35第四章 基于SPWM的逆变器V/f控制及仿真354.1 逆变器数学建模及其V/f控制系统的设计354.2 基于Matlab的SPWM逆变器V/f控制的仿真404.3 本章小结45第五章 基于SVPW
2、M的逆变器V/f控制及仿真455.1主电路仿真模型465.2控制电路仿真模型475.3仿真结果及分析485.4 本章小结48第六章 结论49参考文献50致 谢52摘 要微电网代表着电力系统新的发展方向，正在成为当前的研究热点。微电网中的大多数微电源通过逆变器接入系统，因此对微电源的控制即为对其逆变器的控制。无论微电网是并网运行还是独立运行，都需要对内部的各个微电源逆变器进行有效地控制，以维持电压和频率在允许变化的范围之内，从而满足负荷对电能质量的要求。因此，研究微电源逆变器的控制技术，解决逆变电源的并联组网问题，是研究和发展微电网技术的关键技术之一。本文以三相电压型逆变器在两相旋转坐标系中的数
3、学模型为基础，详细分析了逆变器的V/f控制，并依据工程设计方法和原则对相应的控制器进行了设计;此外，还针对V/f控制的电压电流双闭环控制系统推导了其逆变器输出阻抗的表达式，基于输出阻抗XR的原则对电压环和电流环的控制器参数进行优化。在Matlab/Simulink仿真环境中，搭建了微电网及逆变器控制系统模型，通过对不同运行方式下的仿真，分析了系统的动态性能。关键词:SPWM;逆变器;V/f控制;SVPWM;ABSTRACTMicro grid represents power system new development direction, are becoming the current
4、research hotspot. Most of micro grid power through the inverter access micro of micro system, therefore the control is the power of the inverter control. Whatever micro grid is parallel operation or independent operation, all need to inner each micro power inverter to effectively control to maintain
5、 voltage and frequency of the scope of the allow the change, which meet the requirements of the quality of electric power load. Therefore, the micro power inverter control technology, solve the problem of inverter power supply network, is parallel research and development micro one of the critical t
6、echnologies of grid. Taking three-phase voltage type inverter in two phase rotation system based on the mathematical model, and detailed analysis of the inverter V/f control, and based on engineering design methods and principles to the corresponding controller design; In addition, still in V/f cont
7、rol the voltage current double closed loop control system of the inverter is derived based on the expressions of the output impedance X R output impedance of the principle of voltage loop and current loop controller parameters are optimized. In Matlab/Simulink condition, built micro electric network
8、 and inverter control system model, through different operational modes of simulation, the analysis of system dynamic performance.Keywords: SPWM; Inverter; V/f control; SVPWM第一章 引言1.1逆变器概述人类在开发利用能源的历史长河中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期，仅是一个不太长的阶段，它们终将走向枯竭而被新的能源所取代。人类必须及早寻求新的替代能源。研究和实践表明，太阳直接辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可以再
9、生，不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源l。根据国际权威机构的预测，到21世纪50年代，即2050年，全球直接利用太阳能的比例将会发展到世界能源结构中的13%一15%之间，而整个可再生能源在能源结构中的比例将大于50%。由此可见，太阳能将是目前大量应用的化石能源的主要替代能源之一。我国有着十分丰富的太阳能资源，据估算全国每年平均太阳能电力为1700Twhz，为目前装机容量的多倍，且太阳能发电清洁、无污染，在我国有着十分广阔的前景。日前，我国大中城市的能源供需矛盾日益突出，所以在城市中大规模地实施和推广太阳能并网光伏发电将是大势所趋。相对于其他绿色能源，太阳能在发电利用方面除了具有绿色能源本
10、身的优点外，还具有一些独特的优势:(l)机动灵活:发电系统可以按能量需要决定模块大小，扩容方便。(2)通用性:发出的电能并入市电，通过市电网络传输，利用。(3)可存储性:太阳能系统可以加入蓄电池储存电能。(4)分布式电源:不但大幅节省远程输变电设备的费用以及线路损耗，而且可以提高整个电力系统的安全可靠性，尤其在抵御自然灾害和战备时。(5)光伏建筑集成:节约土地占用以及投入成本，这是太阳能发电最独特的地方，也是目前研究的热点方向。光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射能量转换为电能的直接发电形式，光伏发电系统是由光伏电池板、控制器、储能等环节组成，将太阳能转换为可利用的电能。逆变器是光伏发电系统
11、的关键部分。常用的光伏逆变电路有:方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波PWM逆变器。除了这些逆变电路外，光伏并网逆变器还采用了两电平逆变器和三电平中性点箱位逆变器。1.2逆变器研究意义逆变技术就是通过功率半导体器件（例如SCR,GTO,GTR,IGBT和功率MOSFET等）的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能的一种电能变换技术。在我们的周围，正在越来越多的使用各种用电设备，它们或者直接由50Hz交流电供电，或者由交流电变换的各种不同电压的直流电以及直流电再次变换的交流电供电。据统计，在发达国家已有40%的电能经过各种变换处理，而到2010年，将有80%的电能需要经过电力电子技术的变换器处理再
12、应用，这其中就包括将直流电转换为交流电的逆变技术。因此逆变技术在节约电能方面占有重要的位置。随着煤、石油和天然气等主要能源的即将耗尽，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。利用新能源的关键技术就是如何将新能源转化为电能，并与电网并网发电。逆变技术能够将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其它新能源转化的电能与电网并网发电2-4。因此，逆变技术在新能源的开发和利用领域也起着至关重要的作用。另一方面，随着信息技术和Internet技术的飞速发展，信息化和网络化建设的步伐正在加快，数据安全日益成为各个行业普遍关注问题。保障数据中心的供电可靠性是保证数据安全的关键一环，因此必须在数据中心配备高性能高可靠的
13、不间断电源系统（UPS）。逆变器是UPS系统的关键组成部分，因此要提高UPS的性能，就必须对提高逆变器的性能，尤其是可靠性做进一步的研究。另外，随着航空科技和航空电子的快速发展，飞机电源系统正在由集中式转向分布式。分布式电源和分布式配电布局提高了供电系统的冗余度，增强了容错能力和不中断供电能力，可以大幅度提高供电的可靠性并降低电源和配电系统的重量。而研究新型化模块化的航空静止变流器对构成分布式电源系统，进一步提高功率密度和电能转换效率极为重要。总之，逆变技术广泛应用在各类重要的工业场合，是一种重要的电能变换技术。进一步提高逆变器的性能，尤其是进一步提高逆变器的可靠性和功率密度具有重要的现实意义
14、。第二章 逆变器的原理2.1 逆变电路与整流相对应，逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。把直流变成交流电称为逆变。当交流侧接在电网上，即交流侧接有源时，称
15、为有源逆变；当交流侧与负载连接时，称为无源逆变。在不加说明的时候，逆变电路一般多指无源逆变电路。逆变电路经常和变频的概念联系在一起，如变频电路有交交变频和交直交变频两种形式。交直交变频电路由交直变换电路和直交变换电路两部分组成，前一部分属于整流电路，后一部分就是这里所要研究的逆变电路。逆变电路的应用非常广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。另外，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛，其电路的核心部分就是逆变电路。变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这就是换流。换流方式在逆变电路中占有突出的地位。逆变电路可以从不同的角度进行分类，如可以按换流方式分，按输出的相数分，也可以按直流电源的性质
