摘 要

因为煤炭、石油等化石能源的开采，我们的生态环境遭到了很大的破坏。20世纪初期，英国伦敦“雾都”的形成和当前我国北方诸如北京、河北等地冬季大范围雾霾天气的形成都要归因于我们人类对煤炭等高碳化石能源的肆无忌惮的使用。同时，随着社会结构的重大变革，社会对能源的需求量将持续增长。这两个原因使我们不得不思考如何更加高效的利用地球上的可再生能源。因此，随着人类对这些问题的反思，我们开始逐步将风能，太阳能，潮汐能，热能等清洁能源作为能量供应的主力军。

然而新能源发电，例如太阳能，其输出为直流电，如果进行并网传输，必然需要转换为交流电，此时逆变器的产生与设计便显得尤为重要。并且可再生能源发电主要通过逆变器与电网相连，逆变器性能的优劣，直接影响到可再生能源输送到电网中电能的高低。

本文设计的MW级电压源型并网逆变器，采用恒定输入功率控制策略，通过对有功功率和无功功率的旋转坐标变换和SPWM调制技术，实现了单位功率因数的输出。同时，滤波电路部分采用LCL的结构，LCL结构的电路相比于L结构的电路和LC结构的电路有更好的滤波效果，能够实现更好的并网电流输出波形。最后通过Simulink仿真验证了该种控制策略的可行性。

关键词:PQ控制；LCL滤波电路；SPWM技术；Matlab/Simulink仿真

Abstract

Because of the exploitation of fossil energy such as coal and petroleum, our ecological environment has been greatly damaged. In the early 20th century, the formation of the "Fog City" in London, England and the current large-scale winter haze in northern China, such as Beijing and Hebei, were all attributed to our unscrupulous use of coal and other high-carbon stone energy sources. At the same time, with the major changes in the social structure, society's demand for energy will continue to grow. These two reasons make us have to think about how to use renewable energy on the planet more efficiently. Therefore, as humans reflect on these issues, the proportion of natural gas and new energy (such as wind energy, tidal energy, thermal energy, and solar energy) as clean energy in the primary energy structure will gradually increase.

However, the output of new energy generation, such as solar energy, is direct current. If it is connected to the grid, it must be converted to alternating current. At this time, the generation and design of the inverter are particularly important. In addition, renewable energy power generation is mainly connected to the power grid through an inverter. The performance of the inverter directly affects the level of electrical energy delivered by renewable energy to the power grid.

The MW-level voltage source grid-connected inverter designed in this paper adopts PQ control strategy, and realizes the output of unit power factor by decoupling active power and reactive power and SPWM modulation technology. At the same time, the filter circuit part adopts LCL filter. Compared with L filter circuit and LC filter circuit, LCL filter circuit has better filter effect and can achieve better output waveform of grid-connected current. Finally, the feasibility of this control strategy is verified by Simulink simulation.

Key Words: PQ control; LCL filter circuit; SPWM technology; Matlab / Simulink simulation

目 录

第1章 绪论 6

1.1研究背景及意义 6

1.2国内外研究现状和发展 10

1.2.1逆变器的分类 10

1.2.2 逆变器的控制策略 14

1.2.3 逆变器的滤波电路 17

1.3本文的主要研究内容 17

第2章 并网逆变器的工作原理及控制策略 18

2.1 主电路的工作原理 18

2.2 调制方式 19

2.3 电流控制 21

2.4 小结 23

第3章 并网逆变器控制器的参数设计 24

3.1 LCL滤波器的设计 24

3.2.1 电感的选择 24

3.2.2 电容的选择 25

3.2 直流电压设计 26

第4章 并网逆变器的simulink仿真 27

4.1 系统仿真 27

4.1.1 主电路和控制电路的仿真 27

4.1.2 电路各部分输出波形 29

4.2 小结 32

第5章 总结与展望 33

5.1 全文总结 33

5.2 课题展望 33

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

从能源的数量角度来看，就太阳能发电而言。中国幅员辽阔，具有丰富的太阳能资源。据估算，中国每年接受的太阳能辐射，大约在1.47×10的8次方单位左右。它的能量大约相当于4.9×10的12次方吨的煤炭^[1] 。同时我国的风能资源也十分丰富。根据第3次风能资源普查结果。中国的风能的总产量大约在7亿到12亿千瓦左右^[2]。当然，这仅仅是指在中国陆地和海上10米以上的高度的能量。然而在2007年的时候，这一数据又发生了很大的变化。到了2010年，中国首次公布了他自己的风能资源研究。研究表明在距离中国地面或者海上50米以上的位置。风力资源大概具有25亿千瓦。在世界范围内，中国的风力资源也是十分丰富的。仅仅次于风力资源大国美国。也远远高于，像日本，荷兰，德国等风力发电机组技术比较发达的国家。在2009年的时候，中国的风机装机总容量位居全球第二，仅仅次于美国。到了2010年的时候，这一数量又有所增长，我国的累计风电装机总容量位居全球第一。根据相关数据的预测，随着我国风电装机总量的迅速上涨，有望在2020年结束的时候，风力发电的总装机容量突破2.3亿千瓦。这相当于13个三峡水电站全年发电的总和。同时这还将减少将近200个左右的火电厂的建设，减少大量的二氧化碳排量，大约是4.1亿吨左右。风力发电作为我国新能源发电的重要组成部分之一，在为我国提供质量丰富的清洁能源的同时，也改善了我国的生态环境，方便了我国西北地区的用电，节约了大量的石油，煤炭等化石燃料，推动了我国经济的可持续发展。

从可再生能源发电的运行角度来讲。太阳能发电可以分为离网运行和并网运行两大类。离网运行就是指新能源发电设备，它不与我国的主电网相连，它的运行独立于我国的主电网。这样对于一些离大电网比较偏远的地区，也无需架设高成本的电缆电塔，便可以享受到免费的电力。当我们面对一些与众不同的地方时，我们无需去向大电网获取能量，可以自行搭建可再生发电系统，为该地区提供源源不断的电能。当太阳能发电站与公共电网相连时，它就处于联网运行状态。太阳能的联网运行将是之后发展的大趋势。因为太阳能联网运行，它具有很多的优越性。比如说在高峰用电的时候，它通过与电网并联可以提高电电压的稳定性。同时光伏发电系统直接并网，他将电能输送给电网，不需要储存，相比于有储存的系统，它可减少大概三成到四成的投资。这样也使得发电的成本大大降低。光伏发电系统又可以和城市的各种大建筑相结合。在作为装饰部分的同时，又可以进行发电，可以对资源空间进行充分利用，发挥多种功能。他可以灵活的并网和离网，这样对于电力系统的平衡，它就可以作为一个控制部分。目前将光伏发电系统与家用电网相结合，是当前很多国家发展的一个热门方向。但是我国在这方面还是刚刚起步，相比于世界上的很多国家，还是有一定的差距的。