逆變器在電力系統(tǒng)中的應用與仿真

苗晨 李彥君 梁肖裕 鄭鑫磊

摘要

本文分析了逆變器在高壓直流輸電線路及光伏并網技術中的應用，并利用simulink對三相逆變電路進行仿真，得出PWM輸出比較信號及三相負載的偷出電壓波形，并作簡要分析。

【關鍵詞】逆變器 電力系統(tǒng) 應用

1 逆變器在電力系統(tǒng)中的應用

1.1 高壓直流輸電（HVDC）

直流輸電不存在運行穩(wěn)定問題，并且線路造價低、不存在無功問題，在遠距離或超遠距離輸電中存在明顯優(yōu)勢。直流輸電的發(fā)展大致經歷了汞弧閥換流、晶閘管換流及全控型器件三個時期。

高壓直流輸電經歷了交流一直流一交流轉換過程。直流輸電系統(tǒng)主要由兩個換流站（整流站與逆變站）和直流輸電線路組成，兩個換流站與兩端的交流系統(tǒng)相連接。電廠中生產的交流電首先整流成高壓直流電，經輸電線路送往逆變站逆變成三相交流電。

1.2 光伏并網

逆變器是光伏并網系統(tǒng)中的核心部分。通過光伏組件將太陽能經過高頻直流轉換后變成高壓直流電，再由逆變器逆變，轉換為與電網電壓同頻、同相的正弦交流電，并向電網輸送電能。目前并網型系統(tǒng)的研究主要集中于DC-DC和DC-AC兩級能量變換的結構。DC-DC變換環(huán)節(jié)調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點DC-AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。

2 基于simulink的SPWM三相橋式逆變電路

逆變器工作原理：如圖1所示為三相橋式逆變電路，電感電阻性負載，A、B、C相的上下橋臂輪流導通。通過控制六個管子的導通時間，達到逆變效果。當VT₁導通，VT₄截止時，a點電位為Ud/2;當VT₄導通，VT₁截止時，a點電位為-Ud/2。

SPWM原理：圖2為利用simulink仿真建模，通過3個相位相差120°的50HZ正弦信號及高頻三角波比較輸出得到的PWM控制信號。如圖所示，逆變器以高頻三角波為載波，以頻率和期望波形（50HZ）相同的正弦波為調制波，IGBT的開關狀態(tài)由載波與調制波的交點決定，從而得到一系列等幅不等寬的，呈現兩邊窄中間寬的矩形波（如圖4所示）。根據面積等效原則，矩形波可以等效為正弦波。

3 基于MATLAB的三相SPWM逆變電路仿真研究

如圖4所示，仿真電路由控制模塊（SPWM生成模塊Discrete PWM Generator，其載波頻率可調）及主電路（逆變器模塊UniversalBridge），直流電源模塊（設置參數為50V），阻感性負載（R=10Ω，H=0.001Ω）。

以A相為例，上下兩橋臂的驅動信號是互補的。由于阻感負載中的電流方向不確定，當IGBT1（IGBT4）加導通信號時，可能是IGBT1（IGBT4）導通，也可能是二極管D1（D2）續(xù)流導通（如圖1所示）。當A相調制波幅值大于載波幅值時，上臂橋IGBT1導通，下臂橋IGBT4關斷，A相相對于直流電源假想中點N的輸出電壓U_d/2，當調制波幅值小于載波幅值時IGBT4導通，IGBT1關斷，則輸出電壓為-U_d/2。利用LC濾波可實現對PWM輸出信號的濾波，在此不再討論。

參考文獻

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