毕业论文光伏发电系统逆变技术应用研究.doc

摘 要
由于全球能源的逐渐紧张和环境污染的日益严重，清洁的可再生的太阳能越来越受到人们是重视。
太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。
我们主要研究光伏发电系统中的逆变电路而其中的电压型单相全桥逆变电路是我们所要详细研究的对象，.而其中本论文会涉及最大功率跟踪及PWM控制技术
全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。
几种逆变器的主电路均需要有控制电路来实现一般有方波和正弱波两种控制方式，方波输出的逆变电源电路简单，成本低，但效率低，谐波成份大。正弦波输出是逆变器的发展趋势，随着微电子技术的发展，有ＰＷＭ功能的微处理器也已问世，因此正弦波输出的逆变技术已经成熟。

关键词：太阳能；光伏系统；逆变器技术；正弦波输出

Solar Photovoltaic System Inverter Applications
LEE Zhi-shun
Abstract
Due to tight global energy and environmental pollution gradually growing, clean, renewable solar energy more and more people are seriously.
Solar energy is the first time, but also renewable energy. It is rich in resources, can use free of charge, and without transportation, without any pollution to the environment. For mankind to create a new life, so that social and human energy into a era of reducing pollution.
Is a component of photovoltaic panels in the sun exposure will generate direct current power generation devices, from virtually all semiconductor materials (eg silicon) are made of thin photovoltaic cells composed of solid. Because there is no part of activity, and would thus be a long time operation would not lead to any loss. Simple photovoltaic cells for watches and computers to provide energy, and more complex PV systems to provide lighting for the housing and power supply.
we almost go deeply into the source inverter in PV systems，and the Voltage Single-Phase Full-Bridge Controlled Rectifier is the most important simple for us to research, as thus it will relate to MPPT and PWM controller technology,
The bridge has push-pull inverter circuit to overcome the shortcoming, power transistor circuits of the output pulse width adjustment; the output voltage of the RMS is changed. Because of this circuit has free-wheeling loop, even to the perceptual load, the output voltage waveform nor distortion. This circuit faults is under the arm, bridge, no power transistor must therefore be adopted by isolating circuit or special driving power.
These kinds of inverter circuit are needed to control circuit, general square wave and are weak wave two control mode, the output pulse inverter circuit is simple, low cost, low efficiency, harmonic components. Sine wave output is the development trend of the inverter, along with the development of microelectronics technology, PWM function of micro processor is also available, so the sinusoidal output inverter technology has matured.

Key word：Solar energy; PV systems; the technology of inverter; Sine wave output

目 录
１．绪论.................................................．．...．．．．.....1
　　1.1光伏电池的历史及其工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１
　　1.2光伏发电系统的国外与国内发展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２
　　1.3光伏发电系统形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３
　　1.4光伏发电系统中逆变器的架构及类型（单相）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４
　　1.5所涉及的逆变器控制技术简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
２．光伏系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
2.1光伏系统的中逆变器及控制电路的器件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
2.2光伏发电系统的模拟电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７
３．光伏并网系统的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７
3.1电压型单相全桥逆变电路分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７
3.2滤波器的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９
3.3工频隔离变压器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９
3.4控制电路-----PWM逆变电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
４．PWM型逆变电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
4.1PWM控制算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
4.2PWM控制方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１
4.3PWM调制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３
4.4本设计的主要电路及其分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３
4.4.1交流采样电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３
4.4.2采样信号输入与控制信号的输出．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４
4.4.3TLC5615的信号控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
4.4.4PWM波形信号处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６
4.4.5逆变电路的IGBT控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７
4.4.6反馈信号的处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７
５．软件部分及结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９
5.1MCS-51单片机内部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９
5.2主程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１
5.3SPWM波生成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１
5.4电路中频率与相位的控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２
总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２５
附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２６
光伏发电系统逆变技术应用研究
姓名： 学号： 班别：
据记载，人类利用太阳能已经有3000年的历史，但是将太阳能作为一种能源和动力加以利用只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。自从实用性的硅太阳能电池问世以来，世界上很快就开始太阳能光伏发电的应用。随着太阳能电池技术的提高和价格的下降，光伏发电逐渐在地面得到硬功，规模也日益矿大。本课题主要研究光伏发电系统中的逆变器，逆变器是一种将直流电能变换成交流电能的变流装置。我们将讨论光伏发电系统中各种类型的逆变器，并对其中某一至两种类型进行详解。
1.绪论
1.1光伏电池的历史及其工作原理
自从 1954 年第一块实用光伏电池问世以来，太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。1973 年的石油危机和90 年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。光伏电池的早期应用主要局限于科学研究及军事，航空等特殊领域。受20世纪70年代的石油危机和90年代的环境污染问题影响，人们对能源和环境问题的认识不断提高，光伏发电越来越受到各国政府的重视，科研投入不断加大，鼓励和支持光伏产业发展的政策也不断出台。
太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是光伏电池。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能功能电池组件就是将数十个太阳能电池单元进行耐候性封装。把太阳能电池组件内的太阳能电池单元以适当方式相连接能得到规定的电压和输出功率。太阳能电池组件的转换效率，单晶硅太阳能电池为12%-15%，多晶硅太阳能电池为10%-13%，非晶硅太阳能电池和化合物半导体太阳能电池是6%-9%，由于实验的限制，我们大多采用第三者。
因为太阳能电池单元本身产生的电压约低于0.5V，所以使用时必须串联接作为电池组件使用。太阳能电池镇流是有太阳能电池组件集合体的太阳能电池组件串、防止逆流元件、旁路元件和接线箱等构成的。这里所谓太阳能电池组件串，是指由太阳能电池组件串联连接构成的太阳能电池阵列满足所需输出电压的电路。在电路中各太阳能电池组件串通过防止逆流元件相互并联连接。
PV系统的容量是标准太能能电池阵列输出功率来表示的。PV系统的输出功率受辐射照度的强烈影响，也受太阳能电池组件内的太阳能电池单元的温度影响，因此用在日照强度为1kw/m2、单元温度为25摄氏度的标准条件下的最大输出功率表示标准太阳能电池阵列的输出功率。

图1-1太阳能电池阵列结构图

1.2光伏发电系统的国外与国内发展
从上世纪 70 年代开始，各国政府都投入了很大的力量来支持太阳能电池的发展。
美国于1973 年首先制定了政府光伏发电发展计划，明确了近、中、远期的发展战略目标；日本于1974 年开始执行“阳光计划”，投资5 亿美元，迅速发展成为世界太阳能电池的生产大国。自上世纪80 年代以来，其他发达国家，如德国、英国、法国、意大利、西班牙、瑞士、芬兰等，也纷纷制定了光伏发展计划，并投入了大量资金进行技术开发和加速工业化进程。近年来世界太阳能光伏一直保持着快速发展，十世纪九十年代后期世界光伏市场更是出现了供不应求的局面，进一步促进了发展速度。综观进入新世纪后世界太阳电池的总产量，年增长率达到30-40%。
充分开发利用包括太阳能在内的可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有重大的战略意义。随着对太阳能和可再生能源的广泛的大规模的利用，全球的能源结构必将发生根本性的变化。
我国正处在经济转轨和蓬勃发展时期，但能源问题严峻，由于城市中大量使用化石能源，环境持续恶化。另一方面，我国具有丰富的太阳能资源，日照时数大于2000h，太阳能总辐射量高于5016MJ/（m2a）的地方约占全国总面积的三分之二以上，尤其是西部地区有很大的潜力。在这些地方发展并网发电计划，对于缓解当地的能源贫乏情况，提高当地人们生活水平有着极其重要的意义。
我国在20世纪50年代开始研究太阳能电池，于1971年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星。此后，光伏发电就不断摸索中发展。在新世纪初，国家发改委在2002年启动了“送电到乡工程”，该工程光伏系统容量为20MW，极大地拉动了我国光伏市场的需求。
尽管我国研制太阳能电池始于1958年，中国的光伏技术经过了50年的努力，已经具有一定的水平和基础，但是与世界先进国家相比仍有不小的差距。近几年来，我国的光伏发电技术己经具有了一定的市场潜力和市场吸引力，但光伏并网发电的关键技术和设备主要依靠进口，光伏并网发电的技术更是刚刚起步，因此，并网型光伏系统的造价高，依赖性强，制约了并网型光伏发电系统在国内的发展和推广。掌握并网型光伏系统的核心——并网逆变技术对发展并网型光伏发电系统具有至关重要的作用。
国内光伏系统主要采用单位功率因数并网，不具备电能质量控制功能。因此，研究具有电能质量调节功能的光伏并网系统有重要意义，其研究主要放在并网逆变器的控制方法上，相同的拓扑电路，采用不同的控制方法能够产生不同的控制效果。对逆变器建立模型并进行分析，采用先进的控制策略对于光伏并网系统的性能是必不可少的。同时采用先进的控制算法是提高逆变器效率的方法之一。
1.3 光伏发电系统形式
典型的光伏发电系统是由光伏阵列、蓄电池组、控制器、电力电子变换器、负载等构成，而光伏发电系统按工作条件分为独立型，并网型和介于两者之间的可调度型。
独立型：没有与电力公司的配电线并网的系统成为独立型系统。独立型光伏发电多用于边远山区，因为这些地方需要的电能容量小，建变电站成本昂贵，宜用独立型光伏发电。这种系统中要把使用的电量限制在PV系统的发电量以下，考虑到夜间和雨天PV系统不能发点，此时需要由蓄电池供给电力，西电池必须预先充电。此外，在通信基站等需要小量维持供电的情况下独立型光伏发电也有应用价值，在独立型光伏发电系统中储能部件是损耗最快，维护最频繁的组件。如下图1.3.1
太阳能
电池
逆变器
交流负载
充电
控制器
直流
负载

蓄电池

图1-2独立型光伏发电系统

并网型：并网型系统分为逆潮流系统和非逆潮流系统两种。我国现在多数是非逆潮流系统，并网光伏发电多见于城市供电系统，区域内的电力需求通常比PV系统的输出电力大，是城市电网的补充，可以实现用电时段的消峰填谷。与独立型光伏发电系统比较，并网型没用蓄电池，在没有太阳能光照条件下不能独立对用户供电，但极大的节约设备成本，简化了控制结构。
如下图1-3
太阳能电池
逆变器
计量电表
交流负载

电网

图1-3并网型光伏发电系统
可调度型：可调度式光伏发电系统是带有储能部件且可以并网的光伏发电系统。当电网断电也没有太阳光照时，蓄电池等部件提供一定时间的能量供给，而在电网正常或有光照能量输入时，可对蓄电池补充能量。在蓄电池充满电且又有光照的情况下，则应由光伏电池直接给负载供电或是并入电网。可调度式光伏发电系统比并网型和独立型有更大的灵活性，但成本更高，系统控制也较复杂。如下图：
太阳能
电池
充电控制器
直流负载
蓄电池
交流负载
逆变器
S

图1-4可调度式光伏发电系统
本论文所主要研究的是独立型光伏发电系统与并网型光伏发电系统
1.4光伏发电系统中逆变器的架构及类型（单相）
将直流电变换为交流电的过程称为逆变换或DC－AC变换，实现逆变的主电路称为DC－AC变换电路。通常将DC－AC变换电路、控制电路、驱动及保护电路组成的DC－AC逆变电源称为逆变器（Inverter）。
根据输入直流电源的性质、逆变器的直流输入波形和交流输出波形，可以把逆变器分成电压型逆变器（也可以称为电压源逆变器）和电流型逆变器（也可以称为电流源逆变器）。
1.4.1电压型单相全桥逆变电路
直流母线电容滤波，直流电压Ud经C1、C2分压，VT1、VT2交替导通/关断；负载上的电压幅值为Ud的一半，功率为全桥逆变器的四分之一；开关管VT1、VT2上承受的最大电压为Ud；控制方式主要是PWM脉宽调制控制，移相控制等

图1-5电压型单相半桥逆变电路

半桥逆变电路的优点是简单，使用器件少。其缺点是输出交流电压的幅值Um仅仅为Ud/2,且直流侧需要两个电容串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡。因此，半桥电路常常用于几千瓦以下的小功率逆变电源。
1.4.2电压型单相全桥逆变电路

图1-6电压型单相全桥逆变电路
直流母线电容Cd滤波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替导通/关断；加在负载上的电压幅值为Ud，输出功率为半桥逆变器的四倍；开关管VT1～VT4上承受的最大电压为Ud；控制方式有单极、双极式PWM脉宽调制控制，移相控制，调频控制等方式。

1.4.3电流型单相全桥逆变电路
直流母线电感Ld滤波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替导通/关断；负载上的电流波形为方波，幅值为Id；开关管VT1～VT4上承受的电压为负载上的电压。负载上的电压幅值和相位取决于负载阻抗大小和性质。
由于电流型不太常用，因此对其不作详细的讨论。

图1-7电流型单相全桥逆变电路
1.5所涉及的逆变器控制技术简介
本论文主要讨论光伏发电系统中应用的电压型单相全桥逆变电路，其中会简单的涉及到保护电路中的器件简析，光伏并网中的并网逆变器(PWM控制技术)。
2.光伏系统的组成
2.1光伏系统的中逆变器及控制电路的器件
在小容量、低压PVS 中，功率器件多使用金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）。因其在低压时，具有较低的通态压降和较高的开关频率，但随MOSFET 电压的升高，其通态电阻增大。因此，在大容量、高压PVS 中，一般使用绝缘栅晶体管（IGBT）作为功率器件；在100kVA 以上特大容量的PVS 中，一般采用门极可关断晶闸管（GTO）作为功率器件。PVS 中的逆变驱动电路主要针对功率开关管的门极驱动。要得到好的PWM脉冲波形，驱动电路的设计很重要。近年来，随着微电子及集成电路技术的发展，陆续推出了许多多功能专用集成芯片，如：HIP4801,TLP520,IR2130,EXB841 等，它们给应用电路的设计带来了极大的方便。逆变电源中常用的控制电路主要是为驱动电路提供要求的逻辑和波形，如PWM，SPWM控制信号等。目前，较常用的芯片有国外生产的8XC196，MP16，PIC16C73 和国内生产的TMS320F206，MS320F240 ，SG3525 等。
2.1.1 IGBT
其中逆变电路的重要器件绝缘栅双极型晶体管――IGBT的基本特性：静态特性与P-MOSFET类似；UGE=0时IC=0，IGBT处于阻断状态（断态）；UGE足够大（一般为5~15V），IGBT进入导通状态（通态），当UCE大于一定值（一般2V左右）时IC>0。
优点：驱动功率小、开关速度高通流能力强、耐压等级高
2.1.2单片机STC89C51
本论文会涉及PWM控制技术，但不会太深入，控制系统以单片机STC89C51为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。 实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至控制板上。
2.2光伏发电系统的模拟电路图
图2-1 并网发电模拟装置框图

图中太阳能电池Us，电池内阻Rs，逆变器电路采用了电压型单相全桥逆变电路，滤波器采用电感与电容混联的方式构成，工频变压器T。
系统的控制部分由以STC89C51为核心的控制单元完成，另外系统设计了辅助电源为控制电路提供电源，辅助电源采用HV9120芯片。
3.光伏并网系统的工作原理
3.1电压型单相全桥逆变电路分析
用直流稳压电源Us和电阻Rs模拟光伏电池，而逆变器部分我们将使用电压型单相全桥逆变电路。我们先来分析一下下面的电路如下图3-1
电压型的逆变电路有以下要特点：
1.直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
2.由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关，交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
3.当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容器缓冲武功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各手臂都并联上反馈二极管。
全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的。
两个半桥电路的组合。1和4一对，2和3另一对，成对桥臂同时导通，交替各导通180°。uo波形同图5-6b。半桥电路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和图5-6b中的io相同，幅值增加一倍，单相逆变电路中应用最多的。
uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断，负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，V1和V4导通时，uo等于Ud，V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0，负载电流为负区间，io为负，实际上从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud，V4断，V3通后，io从V3和VD1续流，uo=0，uo总可得到Ud和零两种电平。

图3-1电压型单相全桥逆变电路

基波幅值 Uo1m=4Ud/3.14=1.27Ud 3-1-1
基波有效值 Uo1==0.9 3-1-2
uo为正负各180º时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现。
单相半桥和全桥PWM整流电路，半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联，其中点和交流电源连接。全桥电路直流侧电容只要一个就可以。交流侧电感Ls包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感，是电路正常工作所必须的。
移相调压方式。
可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。各栅极信号为180º正偏，180º反偏，且V1和V2互补，V3和V4互补关系不变。V3的基极信号只比V1落后q ( 0<q <180º)，V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180º-q，uo成为正负各为q 的脉冲，改变q 即可调节输出电压有效值。
我们还来讨论在纯电阻负载的情况，采用上述移相方法也可以得到相同的结果，只是VD1-VD4不再导通不起续流作用。在为零的期间，4各峭壁均不导通，负载也没有电流。显然，上述移相调压方式并不适用也半桥电流，不过在纯电阻负载时，仍可以采用改变正负脉冲宽度的方法来调节半桥逆变电路的输出电压。这时，上下两桥臂的栅极信号不再是各为108度正偏、180度反偏并且互补，而是正偏的宽度为x,反偏的宽度为306度-x，二者相位差为180度。这时输出电压也是正负脉冲的宽度各位x。
正弦信号波和三角波相比较的方法对V1～V4进行SPWM控制，就可在交流输入端AB产生SPWM波uAB。uAB中含有和信号波同频率且幅值成比例的基波、和载波有关的高频谐波，不含低次谐波。由于Ls的滤波作用，谐波电压只使is产生很小的脉动。当信号波频率和电源频率相同时，is也为与电源频率相同的正弦波。us一定时，is幅值和相位仅由uAB中基波uABf的幅值及其与us的相位差决定。改变uABf的幅值和相位，可使is和us同相或反相，is比us超前90°，或is与us相位差为所需角度。

图3-2单相全桥逆变电路的移相调压方式
3.2滤波器的设计
在滤波器的参数选择过程中，要注意在电容与电感的选择上是需要折衷考虑的，电容越大，流入电容的无功电流就越大，则电感上的电流和开关管的电流也就越大，从而降低系统的效率。电容越小，则电感需要增大，使得电感上的压降增大。.在电感一定的情况下，不同的电容参数值并不改变其低频特性，只是随着电容C的增大其谐振频率向减小方向移动。
C=0.15*（一定量的无功功率的电容公式）　　　　　　　　　　3-2-1
L
C
U o
Uo1

图3-3 简单的滤波电路
并网运行模式的滤波结构都是一个振荡环节，这将会影响其相应的系统闭环控制设计，故在作闭环系统设计之前，必须在其滤波结构中加入抑止环节来减小其谐振尖峰的影响。而滤波器的详细作用我们将在PWM控制电路进一步探讨。
3.3工频隔离变压器
在使用蓄电池储能的太阳能PVS中，蓄电池组的公称电压一般是12V，24V 或48V，因此，逆变电路一般都需进行升压来满足220V 常用交流负载的用电需求。
首先把直流电逆变成工频低压交流电；再通过工频变压器升压成220V，50Hz 的交流电供负载使用，。它的优点是结构简单，各种保护功能均可在较低电压下实现。因其逆变电源与负载之间存有工频变压器，故逆变器运行稳定、可靠、过负荷能力和抗冲击能力强，且能够抑制波形中的高次谐波成分。然而，工频变压器也存在笨重和价格高的问题，而且其效率也比较低。按目前水平制作的小型工频逆变器，其额定负荷效率一般不超过90%，同时因工频变压器在满负荷和轻负荷下运行时铁损基本不变，因而使其在轻负荷下运行的空载损耗较大，效率也较低。我们往后对其将不作深入的讨论和研究。
3.4控制电路-----PWM逆变电路
脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶 体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于再逆变电路中的应用，才发展的比较成熟，才确定他在电力电子技术中的重要地位。正因为如此，本论文用较大的章节来探讨PWM型逆变电路。
4．PWM型逆变电路
PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的几乎都是电压型。
4.1 PWM控制算法
PWM的控制算法主要有计算法和调制法，实际中应用的主要是调制法，我要主要介绍一下调制法。
1、计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。
缺点：繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化
2、调制法
输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称；与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。
调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波；调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明：设负载为阻感负载，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。
控制规律：
uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断，负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，V1和V4导通时，uo等于Ud，V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0，负载电流为负区间，io为负，实际上从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud，V4断，V3通后，io从V3和VD1续流，uo=0，uo总可得到Ud和零两种电平。
uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。

图4-1单相桥式PWM逆变电路
4.2 PWM控制方式
1．单极性PWM控制方式
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。ur正半周，V1保持通，V2保持断，当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud，当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0。ur负半周，V1保持断，V2保持通，当ur<uc时使V3通，V4断，uo=-Ud，当ur>uc时使V3断，V4通，uo=0，虚线uof表示uo的基波分量。
2．双极性PWM控制方式
在ur半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负。在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平，仍在调制信号ur和载波信号uc的交点控制器件通断。ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同，当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号，如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通， uo=Ud，当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号，如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud。
单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制。

图4-2单极性PWM控制方式波形

图4-3双极性PWM控制方式波形
4.3 PWM调制方法
采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率.
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有8类方法.本论文选用SPWM法。
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。SPWM波是用正弦波与三角载波相互比较而产生的脉冲宽度与正弦波幅值成正比的方波信号，通常的硬件方法是通过由运放所构成的比较器电路将正弦与三角这两种波输入进行比较而实现的。用软件方法产生SPWM波的原理与传统的硬件方法不同，主要通过通用定时器的周期寄存器和相关比较寄存器的匹配来实现的。周期寄存器载着给定三角波周期相应的计数值，比较寄存器装载着正弦波离散化后的各个比较点的幅值。设定定时器为连续增/减计数模式，当定时器的计数值与比较寄存器中的值相等时发生比较匹配时，相应引脚的输出电平发生翻转，从而得到宽度不等的PWM波。如果需改变三角波载波频率和比较值，只需改变