【电源设计】T型三电平逆变器光伏并网逆变器设计方案
摘要
伴随着可再生能源技术的进步,光伏发电逐步演变为一种关键性的清洁能源。为了提升光伏系统的并网性能,本研究开发了一种采用T型三电平逆变器架构的光伏并网逆变器方案。该方案充分运用了T型三电平逆变器的优势,通过减小开关损耗及谐波失真程度来实现,从而提升了系统的效率与供电质量。在MATLAB/Simulink平台上构建仿真模型,并通过实际实验验证了该方案在可行性和有效性方面的表现
理论
1. T型三电平逆变器
该类逆变器通常被部署于光伏发电系统的并网环节中，在其工作原理上相比传统两电平逆变器具备多个显著的优势。
低谐波失真：在电力电子系统中，输出电压呈现三电平特性有助于降低谐波幅值的同时减少滤波器设计的复杂性。
低开关损耗 ： 采用中点电压钳位技术后，在提高系统效率的同时使开关管所承受的电压强度降低，并减少了能量转换过程中的能量损失。
高效率 ： 在同样输出功率下，T型逆变器具有更高的效率和更低的发热量。
2. 光伏并网逆变器控制策略
Maximum Power Point Tracking (MPPT) is a technique that employs the Perturb & Observe method or the incremental conductance technique to maximize the power output of photovoltaic cells.
直流电压控制 ： 稳定逆变器输入端的直流电压。
并网电流调节：通过比例谐振（PR）或同步旋转坐标系下的PI调节，能够实现对并网电流的精确同步以及显著降低其谐波失真。
中点电压平衡 ： 通过调节中点电流实现逆变器中点电压的稳定。
实验结果
仿真设置
输入电压： 光伏电池提供的直流电压为800V。
输出电压： 并网交流电压为380V（RMS）。
控制频率： 10kHz。
滤波器参数： 采用LC滤波器，L=2mH，C=100μF。
结果分析
输出电流波形： 并网电流与电网电压同步，具有较小的谐波失真（THD＜2%）。
效率测试： 设计方案在额定负载下的效率超过97%。
动态响应： 在光照强度变化和负载变化条件下，系统能够迅速稳定。
部分代码
% T型三电平逆变器仿真代码
clc; clear;
% 参数定义
Vdc = 800; % 直流输入电压
fgrid = 50; % 电网频率
Vgrid = 380; % 并网电压
Lfilter = 2e-3; % 滤波电感
Cfilter = 100e-6; % 滤波电容
% 时间设置
fs = 10e3; % 开关频率
Ts = 1/fs; % 采样时间
t = 0:Ts:0.1; % 仿真时间
% PWM生成
ma = 0.8; % 调制比
carrier = sawtooth(2*pi*fs*t); % 载波
modulating_signal = ma*sin(2*pi*fgrid*t); % 调制信号
% 开关信号
S1 = modulating_signal > carrier;
S2 = modulating_signal <= carrier;
% 输出电压
Vout = Vdc/2 * (2*S1 - 1);
% 滤波器电流
IL = zeros(1, length(t));
Vc = zeros(1, length(t));
for k = 2:length(t)
IL(k) = IL(k-1) + Ts/Lfilter * (Vout(k-1) - Vgrid - Vc(k-1));
Vc(k) = Vc(k-1) + Ts/Cfilter * IL(k-1);
end
% 仿真结果可视化
figure;
subplot(2, 1, 1);
plot(t, Vout, 'r', 'LineWidth', 1.5);
title('逆变器输出电压');
xlabel('时间 (s)'); ylabel('电压 (V)');
subplot(2, 1, 2);
plot(t, IL, 'b', 'LineWidth', 1.5);
title('滤波器电流');
xlabel('时间 (s)'); ylabel('电流 (A)');
grid on;涉及技术
Carrera等（1992）提出了一种新型多级PWM方法：用于理论分析。
Holmes与Lipo（2003）详细阐述了功率转换器中的脉宽调制原理及其应用。
Rodríguez等（2002）对多级逆变器的拓扑结构、控制方法及应用进行了综述。
（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）
