LCL滤波的1kW并网逆变器的仿真研究
目 录
1绪论 1
1.1国内外可再生能源开发的现状及前景 1
1.2并网逆变器的研究近况和趋势...4
1.3带LCL滤波的逆变器 5
1.4本文结构以及主要内容...5
2单相并网逆变器总体设计 6
2.1系统逆变主体电路拓扑结构及原理 6
2.2系统主体电路参数设计...6
2.3逆变器的SPWM调制方式分析...........................................................8
2.4逆变器的控制策略..11
3LCL滤波器的设计.............15
3.1关于LCL滤波器的设计分析...15
3.2LCL滤波器数学模型及波特图分析..15
3.3LCL滤波器的参数设计.....18
4基于LCL滤波的并网逆变器的仿真分析19
4.1MATLAB简介 ....19
4.2单相并网逆变器实现逆变的仿真 22
4.3单相并网逆变器逆变转整流的仿真.23
5展望并网逆变器系统未来24
结 论...25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 绪论
1.1 国内外可再生能源开发的现状及前景
1.1.1 可再生能源开发的现状及前景
近年来跟着世界能源缺失和环境污染问题的越来越严峻，已经成为限制世界经济可持续发展的最主要的问题。能源和环境成为21世纪人类所面临的非常巨大的基本问题，开发利用清洁的可再生能源已经受到世界各国非常的重视和广泛的关注。近些年来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
，太阳能光伏发电和风力发电技术得到了持续的发展。
全球的经济发展不得不依靠能源的消耗，这个消耗量的提升也随着时间的呈现上升趋势，也就是说，在近50年以来我们的能源消耗提升了之前的近20倍。然而，依靠这样的简单粗暴的能源消耗方式来提高我们的经济发展会使得大气污染、土壤营养流失、水资源严重污染等多番方面的问题接踵而来，这明显可以看出我们能源消耗的弊端，也就是依靠煤炭石油天然气的这些可尽资源的问题。30年以来，我们虽然意识到这些矿物质资源将会用尽，可是我们仍然没有很好的去开发新能源。所以，现在不得不开发研究以太阳能、风能为主的可再生能源。因此，全世界都在积极的开展可再生的洁净能源的研究，特别是92年的联合国举办的世界环境与发展大会后，世界各国掀起了开发新能源的热潮，现在早已经相互认同的研究项目。
这些新能源即可再生能源，它的有点就是持续的可再生的，可以说是取之不尽用之不竭，而且，新能源对环境具有保护的作用，之前的矿物质能源是破坏环境的，不破坏就是最好的让大自然维持它的健康。可再生的新能源主要包括太阳能、水潮势能、生物质能、风能、地下热量能等。全世界根据每个国家的地理和气候发展着自己相对有利的可再生新能源。发达国家和发展中国家的发展新能源的主要目标也是不同的。根据气候的变化来减少温室效应；环境保护，压制大气的严重污染；让可再生能源多极化发展，安全可靠可持续；努力加强技术领先，扩大出口量等目的是发达国家的心愿。而发展中国家发展的目标在于：希望提供更多的能源，使得自己国家的能源危机得到缓解，着力于缓解农村能源短缺与压力。因而，每个国家每个地区发展可再生能源的目的要求和方法策略都是不近非同的。美国等发达国家可想而知是可再生能源开发利用很优秀的国家，他们的技术先进，许多成功的经验和技术我们发展中国家可以研究与学习。这些国家以科技为先导，采取多种激励措施，将先进技术转化为产业，并拥有了最大份额的市场。
促进可再生能源的开发利用能够在国家能源策略上占据举足轻重的地位，是美国政府为全球做出的很好的表率。减免税收并且给予生产开发上的经济补助，已经在美国的法律上添了一笔浓墨重彩，以此来促进和支持开发利用可再生的新能源。2005年8月的(2005年国家能源政策法)明确要求为太阳能、地热能、生物能等可再生能源的开发提供资助，还对核电以及天然气给予了相关政策支持。
太阳能的力量巨大，每时每刻都在辐射着地球，它的能量就好比几千几万吨的石油和煤炭的燃烧。我们应该好好的开发太阳能和利用它丰厚的资源，我相信太阳能会是现代能源危机的完美填充者，也会是未来能源的最根本的提供着。不管是响应走可持续发展的道路的号召，还是我们应该自觉的保护我们的地球，热爱我们的家园，搞好生态环境，我们都应该开发和利用这个巨大的资源。它的意义重大，也是很现实的解决我们能源短缺的可持续的好方法。从能源供应的诸多因素考虑，太阳能和风能无疑成为可持续发展的理想绿色能源。不仅是本课题这样认为，国内外专家也是这样分析，太阳能一定能成为新世纪重要的能源。并且太阳能等这些持续的能源发展过程中，并网逆变器是关键[1]。
单相并网逆变器后级的DC-AC这块，利用单相全桥逆变电路，将DC-DC输出的最基本的400V直流电转换成220V/50Hz，我们利用正弦交流电来完成逆变向电网输送功率。电能并网的持续稳态和转换应急都有很强的需要，逆变器则可以很好的实现并网控制策略[2]。
绝大多数的可再生新能源得到的能量一般都是难以稳定的，它们在并网时倘若没有控制和调节，就会影响电网对其造成迫害，还有希望大量的有功能量传输流进电网，在可再生能源系统中有必要进行储能，以上都是要求通过变流技术来控制实现的，因此新能源在实现能量转换的时候与变流技术息息相关。作为可再生能源发电系统和电网的接口设备，并网逆变器已然成为了研究热点 [3~4]。随着可再生能源技术和分布式发电技术的飞速发展，并网逆变器已被广泛应用于现代电网中，LCL滤波器也不可阻挡的进入了并网逆变器系统中。滤波器是并网逆变器的重要组成部分，利用过滤高频开关谐波，它功不可没[5]。LCL滤波器要比L滤波器，相比较要低的滤波电感实现更好的滤波，也就是说LCL将会是并网逆变器输出滤波器的头号发展对象[6]。
1.1.2 可再生能源的并网发电
可再生能源从最初的形式转化为电能的方式不同，传输流入电网时一定要进行调整和控制。还有，绝大多数的可再生新能源得到的能量一般都是难以稳定的，它们在并网时倘若没有控制和调节，就会影响电网对其造成迫害，还有希望大量的有功能量传输流进电网，在可再生能源系统中有必要进行储能，以上都是要求通过变流技术来控制实现的。通常的新能源并网发电系统的组成有：直流侧处理电路、储能系统，直流负载系统，逆变器和滤波电路等组成，系统结构见图1-1：
图1-1 可再生能源并网发电系统组成结构图
可再生能源是多种多样的，要想把能量都要转化成电能，所用的途径当然也是多种多样，所以，能量转化就会有多种直流侧电路来处理，主要是DC／DC电路和AC／DC电路。比如光伏发电需使用DC／DC电路，而风力发电则需使用AC／DC电路(整流器) [7]。
由于可再生能源转化成电能的时候会受到非系统内部的甚多影响，导致电能很难稳定，这时候储能装置和控制器就起到了把这些不稳定的电能储存的作用。一则可以控制能量回馈，再则可以稳定系统运行。
第4章，MATLAB建立的仿真模型及结果分析。本章节对带LCL的并网逆变器的工作进行了仿真，对逆变器进行了整流和逆变的建模，仿真出的波形进行了分析，验证了控制策略的要求。
1绪论 1
1.1国内外可再生能源开发的现状及前景 1
1.2并网逆变器的研究近况和趋势...4
1.3带LCL滤波的逆变器 5
1.4本文结构以及主要内容...5
2单相并网逆变器总体设计 6
2.1系统逆变主体电路拓扑结构及原理 6
2.2系统主体电路参数设计...6
2.3逆变器的SPWM调制方式分析...........................................................8
2.4逆变器的控制策略..11
3LCL滤波器的设计.............15
3.1关于LCL滤波器的设计分析...15
3.2LCL滤波器数学模型及波特图分析..15
3.3LCL滤波器的参数设计.....18
4基于LCL滤波的并网逆变器的仿真分析19
4.1MATLAB简介 ....19
4.2单相并网逆变器实现逆变的仿真 22
4.3单相并网逆变器逆变转整流的仿真.23
5展望并网逆变器系统未来24
结 论...25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 绪论
1.1 国内外可再生能源开发的现状及前景
1.1.1 可再生能源开发的现状及前景
近年来跟着世界能源缺失和环境污染问题的越来越严峻，已经成为限制世界经济可持续发展的最主要的问题。能源和环境成为21世纪人类所面临的非常巨大的基本问题，开发利用清洁的可再生能源已经受到世界各国非常的重视和广泛的关注。近些年来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
，太阳能光伏发电和风力发电技术得到了持续的发展。
全球的经济发展不得不依靠能源的消耗，这个消耗量的提升也随着时间的呈现上升趋势，也就是说，在近50年以来我们的能源消耗提升了之前的近20倍。然而，依靠这样的简单粗暴的能源消耗方式来提高我们的经济发展会使得大气污染、土壤营养流失、水资源严重污染等多番方面的问题接踵而来，这明显可以看出我们能源消耗的弊端，也就是依靠煤炭石油天然气的这些可尽资源的问题。30年以来，我们虽然意识到这些矿物质资源将会用尽，可是我们仍然没有很好的去开发新能源。所以，现在不得不开发研究以太阳能、风能为主的可再生能源。因此，全世界都在积极的开展可再生的洁净能源的研究，特别是92年的联合国举办的世界环境与发展大会后，世界各国掀起了开发新能源的热潮，现在早已经相互认同的研究项目。
这些新能源即可再生能源，它的有点就是持续的可再生的，可以说是取之不尽用之不竭，而且，新能源对环境具有保护的作用，之前的矿物质能源是破坏环境的，不破坏就是最好的让大自然维持它的健康。可再生的新能源主要包括太阳能、水潮势能、生物质能、风能、地下热量能等。全世界根据每个国家的地理和气候发展着自己相对有利的可再生新能源。发达国家和发展中国家的发展新能源的主要目标也是不同的。根据气候的变化来减少温室效应；环境保护，压制大气的严重污染；让可再生能源多极化发展，安全可靠可持续；努力加强技术领先，扩大出口量等目的是发达国家的心愿。而发展中国家发展的目标在于：希望提供更多的能源，使得自己国家的能源危机得到缓解，着力于缓解农村能源短缺与压力。因而，每个国家每个地区发展可再生能源的目的要求和方法策略都是不近非同的。美国等发达国家可想而知是可再生能源开发利用很优秀的国家，他们的技术先进，许多成功的经验和技术我们发展中国家可以研究与学习。这些国家以科技为先导，采取多种激励措施，将先进技术转化为产业，并拥有了最大份额的市场。
促进可再生能源的开发利用能够在国家能源策略上占据举足轻重的地位，是美国政府为全球做出的很好的表率。减免税收并且给予生产开发上的经济补助，已经在美国的法律上添了一笔浓墨重彩，以此来促进和支持开发利用可再生的新能源。2005年8月的(2005年国家能源政策法)明确要求为太阳能、地热能、生物能等可再生能源的开发提供资助，还对核电以及天然气给予了相关政策支持。
太阳能的力量巨大，每时每刻都在辐射着地球，它的能量就好比几千几万吨的石油和煤炭的燃烧。我们应该好好的开发太阳能和利用它丰厚的资源，我相信太阳能会是现代能源危机的完美填充者，也会是未来能源的最根本的提供着。不管是响应走可持续发展的道路的号召，还是我们应该自觉的保护我们的地球，热爱我们的家园，搞好生态环境，我们都应该开发和利用这个巨大的资源。它的意义重大，也是很现实的解决我们能源短缺的可持续的好方法。从能源供应的诸多因素考虑，太阳能和风能无疑成为可持续发展的理想绿色能源。不仅是本课题这样认为，国内外专家也是这样分析，太阳能一定能成为新世纪重要的能源。并且太阳能等这些持续的能源发展过程中，并网逆变器是关键[1]。
单相并网逆变器后级的DC-AC这块，利用单相全桥逆变电路，将DC-DC输出的最基本的400V直流电转换成220V/50Hz，我们利用正弦交流电来完成逆变向电网输送功率。电能并网的持续稳态和转换应急都有很强的需要，逆变器则可以很好的实现并网控制策略[2]。
绝大多数的可再生新能源得到的能量一般都是难以稳定的，它们在并网时倘若没有控制和调节，就会影响电网对其造成迫害，还有希望大量的有功能量传输流进电网，在可再生能源系统中有必要进行储能，以上都是要求通过变流技术来控制实现的，因此新能源在实现能量转换的时候与变流技术息息相关。作为可再生能源发电系统和电网的接口设备，并网逆变器已然成为了研究热点 [3~4]。随着可再生能源技术和分布式发电技术的飞速发展，并网逆变器已被广泛应用于现代电网中，LCL滤波器也不可阻挡的进入了并网逆变器系统中。滤波器是并网逆变器的重要组成部分，利用过滤高频开关谐波，它功不可没[5]。LCL滤波器要比L滤波器，相比较要低的滤波电感实现更好的滤波，也就是说LCL将会是并网逆变器输出滤波器的头号发展对象[6]。
1.1.2 可再生能源的并网发电
可再生能源从最初的形式转化为电能的方式不同，传输流入电网时一定要进行调整和控制。还有，绝大多数的可再生新能源得到的能量一般都是难以稳定的，它们在并网时倘若没有控制和调节，就会影响电网对其造成迫害，还有希望大量的有功能量传输流进电网，在可再生能源系统中有必要进行储能，以上都是要求通过变流技术来控制实现的。通常的新能源并网发电系统的组成有：直流侧处理电路、储能系统，直流负载系统，逆变器和滤波电路等组成，系统结构见图1-1：
图1-1 可再生能源并网发电系统组成结构图
可再生能源是多种多样的，要想把能量都要转化成电能，所用的途径当然也是多种多样，所以，能量转化就会有多种直流侧电路来处理，主要是DC／DC电路和AC／DC电路。比如光伏发电需使用DC／DC电路，而风力发电则需使用AC／DC电路(整流器) [7]。
由于可再生能源转化成电能的时候会受到非系统内部的甚多影响，导致电能很难稳定，这时候储能装置和控制器就起到了把这些不稳定的电能储存的作用。一则可以控制能量回馈，再则可以稳定系统运行。
第4章，MATLAB建立的仿真模型及结果分析。本章节对带LCL的并网逆变器的工作进行了仿真，对逆变器进行了整流和逆变的建模，仿真出的波形进行了分析，验证了控制策略的要求。
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