电压型PWM并网逆变器-电子工程世界

摘要：能源回馈系统对减缓我国能源供求矛盾具有重要的作用，而逆变技术在能量回馈系统中占有重要地位，主要介绍了一种电压型并网逆变器。首先对电压型的逆变器进行了系统分析，给出了单相电压型和三相电压型两种并网逆变器的理想电路模型。在此基础上，设计了一个基于数字信号处理器(DSP)TMS320F240控制的数字化电压型单相并网逆变器，搭建了外围硬件电路，并运用C语言进行运算处理，给出原理仿真结果的同时也给出了它的实验结果，说明这种逆变器的运行效率高，可靠性好，应用也很方便。关键词：能量回馈；并网逆变器；DSP 0 引言随着我国经济的迅速发展，能源问题在当今社会中受到越来越多的关注。在减缓能源供求矛盾方面，能量回馈系统可以发挥重要作用，主要运用在功率电子负载、分布式发电和电机再生制动等场合。而电力电子的逆变技术是能量回馈系统的核心部分。数字化是控制技术发展的趋势，在具体实现能量回馈系统的过程中，也应充分运用数字式控制方式。在电压型逆变系统中，将数字信号处理器(DSP)作为控制中心，实现外围电路工作及其控制。 l 电压型并网逆变器的系统分析 l.l 电压型单相并网逆变器的理想模型作为并网用的逆变器，一般的理想状态为： 1)网侧功率因数λ=1，即网侧电流iN无畸变且与网侧电压uN相位一致，这样回馈至电网的只有有功功率。 2)能够实现回馈电流iN的快速调节； 3)具有能量双向流动的能力，除了向电网回馈能量外，在一定条件下，电路还可处于整流模式，从电网吸收能量能够实现上述理想的逆变电路状态，并认为电路内部没有损耗，则得到理想模型如图1(a)所示。

1.2 三相电压型并网逆变电路的模型电压型三相桥式逆变电路的主电路如图2所示。由图2可以看出三相桥式电路是单相半桥电路的扩展，在拓扑结构上是完全相似的，其中各相输入电感相等，电网各相电压均为正弦波。

三相并网逆变电路的等效电路模型如图3(a)所示，0点为电网中点，0′为直流侧滤波电容中点，Rs为电感电阻，其他同单相电路。图3(b)为a相等效电路的相量图。

三相并网逆变器交流侧的方程为

逆变部分一般考虑SPWM调制的三相电路，三相桥式电路的控制脉冲时序分布和单相的相似，调制信号为三相正弦波uga、ugb和ugco分析得知逆变器输出线电压波形是一个单极性SPWM波形，其输出幅值为Uio假想直流电源中点O′，则可推出三相SPWM逆变电路相电压基波表达式为

对于逆变桥的输入电流id,由单相电路分析的结果，每个桥臂从直流侧吸取的电流存在二次谐波，三相电路中每个半桥单元从直流侧吸收的电流为

将三相电流叠加后即可得到直流侧电流id的表达式为

由式(4)可知，当电路在三相对称条件下，逆变器的输入电流为恒定的直流，而不存在二次电流分量，电路的直流侧输入不需要二次谐波吸收电路。三相逆变器的输人瞬时功率也随之恒定，而单相逆变器的输入电流存在二次电流分量，输入功率也不恒定，如图l所示。这点是三相逆变器不同于单相逆变器之处，因此，单相逆变器的直流侧滤波电容需要滤除高频和低频的纹波，而三相逆变器的直流侧滤波电容仅需要滤除高频纹波即可，其容量可以比单相的小。 2 电压型PWM并网逆变器试验在前述理论分析的基础上，研制了一台基于数字式DSP控制的电压型单相全桥PWM并网逆变器。 2.1 主电路的结构及电路参数的选择数字式电压型能量回馈系统的逆变主电路结构如图4所示。主电路的开关器件选用IGBT—IPM模块PM75CVAl20，交流侧为工频单相220V，Ui为直流输入电压，须大于310 V；Cd1和Cd2为直流滤波电容，LN、为交流侧滤波电感；A1为电流霍尔元件，V1．为电压检测传感器；K1为直流接触器，K2为交流接触器；Rc为直流侧缓冲电阻。

直流输入电压Ui经滤波电容Cdl和Cd2稳压滤波后输入逆变器，单相全桥逆变器输出经滤波储能电感直接并人电网。电阻Rc是电路启动时缓冲滤波电容充电用，在充电完成后，接触器K1闭合，短接电阻Rco。整个系统由DSP芯片TMS320F240控制，对同步电网信号、输入电压(V1)和输出电流(A1)检测，根据给定触发控制脉冲，并通过接触器K2决定并网的时刻。 2．2仿真及试验波形运用Matlab仿真，输入Ui=311V，电网电压UN=220V，电感值LN=6mH。采用幅值控制的PI闭环调节，图5是给定电流从5A到20A时电流和电网电压的仿真波形，电流乘10处理。