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(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用，并利用simulink對(duì)三相逆變電路進(jìn)行仿真，得出PWM輸出比較信號(hào)及三相負(fù)載的偷出電壓波形，并作簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】逆變器 電力系統(tǒng) 應(yīng)用

1 逆變器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 高壓直流輸電（HVDC）

直流輸電不存在運(yùn)行穩(wěn)定問(wèn)題，并且線路造價(jià)低、不存在無(wú)功問(wèn)題，在遠(yuǎn)距離或超遠(yuǎn)距離輸電中存在明顯優(yōu)勢(shì)。直流輸電的發(fā)展大致經(jīng)歷了汞弧閥換流、晶閘管換流及全控型器件三個(gè)時(shí)期。

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

1.2 光伏并網(wǎng)

逆變器是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的核心部分。通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，再由逆變器逆變，轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電，并向電網(wǎng)輸送電能。目前并網(wǎng)型系統(tǒng)的研究主要集中于DC-DC和DC-AC兩級(jí)能量變換的結(jié)構(gòu)。DC-DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)使其跟蹤最大功率點(diǎn)DC-AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時(shí)獲得單位功率因數(shù)。

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(fù)載，A、B、C相的上下橋臂輪流導(dǎo)通。通過(guò)控制六個(gè)管子的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)到逆變效果。當(dāng)VT₁導(dǎo)通，VT₄截止時(shí)，a點(diǎn)電位為Ud/2;當(dāng)VT₄導(dǎo)通，VT₁截止時(shí)，a點(diǎn)電位為-Ud/2。

SPWM原理：圖2為利用simulink仿真建模，通過(guò)3個(gè)相位相差120°的50HZ正弦信號(hào)及高頻三角波比較輸出得到的PWM控制信號(hào)。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(diào)制波，IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由載波與調(diào)制波的交點(diǎn)決定，從而得到一系列等幅不等寬的，呈現(xiàn)兩邊窄中間寬的矩形波（如圖4所示）。根據(jù)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(diào)）及主電路（逆變器模塊UniversalBridge），直流電源模塊（設(shè)置參數(shù)為50V），阻感性負(fù)載（R=10Ω，H=0.001Ω）。

以A相為例，上下兩橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是互補(bǔ)的。由于阻感負(fù)載中的電流方向不確定，當(dāng)IGBT1（IGBT4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是IGBT1（IGBT4）導(dǎo)通，也可能是二極管D1（D2）續(xù)流導(dǎo)通（如圖1所示）。當(dāng)A相調(diào)制波幅值大于載波幅值時(shí)，上臂橋IGBT1導(dǎo)通，下臂橋IGBT4關(guān)斷，A相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N的輸出電壓U_d/2，當(dāng)調(diào)制波幅值小于載波幅值時(shí)IGBT4導(dǎo)通，IGBT1關(guān)斷，則輸出電壓為-U_d/2。利用LC濾波可實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM輸出信號(hào)的濾波，在此不再討論。

參考文獻(xiàn)

[1]馬兆彪.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分析與研究[D].江南大學(xué)，2008.

[2]鄭曉冬，邰能靈，楊光亮，涂崎.特高壓直流輸電系統(tǒng)的建模與仿真[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（07）：10-14+61.