基于双闭环控制的两级式倍压整流逆变器的设计与实现开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文献综述

一.所选课题背景

2012年发布的《太阳能光伏产业十二五发展规划》专门提出光伏发电成本目标：到2015年，光伏系统成本将下降到1.5万元/kW，发电成本下降到0.8元/kWh，配电侧达到平价上网；到2020年，系统成本下降到1万元/kW，发电成本达到0.6元/kWh在发电侧实现平价上网，在主要电力市场实现有效竞争。实际上，2012年光伏安装系统成本已经降至1万元/kW左右，可以预见在不久的将来，平价上网时代的到来将太阳能光伏发电带来巨大的发展空间。中国光伏市场启动，并将成为全球光伏应用的重要市场之一。

从我国未来社会经济发展战略路径看，发展太阳能光伏产业是我国保障能源供应、建设低碳社会、推动经济结构调整、培育战略性新兴产业的重要方向。十二五期间，我国光伏产业将继续处于快速发展阶段，光伏产业发展目标多次上调。国家加大了光伏产业扶持力度，国家电网也出台政策大力支持分布式光伏发电，这些都促使光伏装机容量迅速增长。随着国内市场的逐步启动，中国正逐渐成为全球最重要的光伏市场。

光伏逆变器作为一个在中国发展不久的产业，相对较低的进入门槛吸引了众多国内企业参与研发生产，光伏逆变器市场将迎来更为激烈的竞争。在日益激烈的市场竞争中，光伏产业链也趋于整合，对生产厂商的技术研发水平、产品生产实力等方面都提出了极高要求。因此，缺乏自主研发技术，以购买原器件按图组装为主的中小逆变器生产企业将面临生存考验，难以获得持续发展。而注重技术积累和技术创新、具有深厚技术研发能力的主流厂商，凭借各方面所拥有的综合优势将获得更大的发展空间，全方位满足光伏行业发展的应用需求。

据《2013-2017年全球光伏逆变器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》[1]监测数据显示，2007年我国光伏新增装机量仅20MW，到2010年国内光伏新增装机量约520MW，是2009年228MW装机量的2倍多。2011年我国新增装机量达到2.9GW，在全球排名第四。预计，2015年我国光伏逆变器需求量将达到5.0GW，2020年将达到10GW。

在我国十一五期间，诸如逆变器等光伏发电配套设备多处在研发和创新阶段，较少受到政策关注。十二五时期，光伏发电市场的趋势是向全产业链发展，晶硅、组件以外的配套设备将受到市场与政策的进一步关注，发改委将逆变器列入指导目录鼓励类，就是这一趋势的体现。

二、逆变器的工作原理

逆变器是一种DCtoAC的变换器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。

转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.6～40V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。

输入接口部分：输入部分有3个信号，12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。VIN由Adapter提供，ENB电压由主板上的MCU提供，其值为0或3V，当ENB=0时，逆变器不工作，而ENB=3V时，逆变器处于正常工作状态；而DIM电压由主板提供，其变化范围在0～5V之间，将不同的DIM值反馈给PWM控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将不同，DIM值越小，逆变器输出的电流就越大。电压启动回路：ENB为高电平时，输出高压去点亮Panel的背光灯灯管。

PWM控制器：有以下几个功能组成：内部参考电压、误差放大器、振荡器和PWM、过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管。

直流变换：由MOS开关管和储能电感组成电压变换电路，输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动MOS管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，这样电感的另一端就能得到交流电压。

LC振荡及输出回路：保证灯管启动需要的1600V电压，并在灯管启动以后将电压降至800V。

输出电压反馈：当负载工作时，反馈采样电压，起到稳定I逆变器电压输出的作用

三、逆变器的作用

逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。

简单地说，逆变器就是一种将低压(12或24伏或48伏)直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。我们处在一个移动的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。

四、逆变器的分类

按波弦性质

主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40－60%，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。

逆变器根据发电源的不同，分为煤电逆变器，太阳能逆变器，风能逆变器，核能逆变器。根据用途不同，分为独立控制逆变器，并网逆变器。世界上太阳能逆变器，欧美效率较高，欧洲标准是97.2%，但价格较为昂贵，国内其他的逆变器效率都在90%以下，但价格比进口要便宜很多。除了功率，波形以外，选择逆变器的效率也非常重要，效率越高则在逆变器身上浪费的电能就少，用于电器的电能就更多，特别是当你使用小功率系统时这一点的重要性更明显。

按照源流性质分

有源逆变器：是使电流电路中的电流，在交流侧与电网连接而不直接接入负载的逆变器；

无源逆变器：使电流电路中的电流，在交流侧不与电网连接而直接接入负载(即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载)的逆变器。

按并网类型

分为离网型逆变器和并网型逆变器

按拓扑结构

分为两电平逆变器，三电平逆变器，多电平逆变器

按功率等级

分为大功率逆变器，中功率逆变器，小功率逆变器

五、逆变器控制方法

由于逆变器容量不同，结构形式和控制策略必然会有所差异，表1比较了不同的脉宽调制方法下逆变器的输出特性。

目前，逆变器广泛采用PWM脉宽调制技术实现对输出电压的控制。PWM技术主要体现在两个方面，一是控制策略，二是实现的手段。调制方式主要有直流脉宽调制和正弦波脉宽调制两种方式。

①直流脉宽调制

直流脉宽调制是利用直流调制信号和三角载波比较，可以得到单脉波控制信号，只要改变直流调制信号，就可改变单脉波的脉冲宽度，调节输出电压基波分量的有效值，实现电压控制的目的。图2所示为实现直流脉宽调制的一种简单方法，给定电压Ug和反馈电压Uf通过电压调节器得到一个控制电压U2，U2和锯齿波电压U1比较得到脉冲波形U3，，触发器的输出是互补的180。

方波U4、U5，通过两个非门电路，获得互差180的脉冲方波U6、U7，它们可分别作为图1(a)半桥逆变电路、图1(C)的推挽电路的开关管VT1、VT2的控制信号，也可以作图1(b)全桥式VT1和VT4、VT2和VT3的控制信号。值得注意的是控制信号在给驱动电路送出信号的同时，驱动电路还要考虑功率和电气隔离问题。从图2不难分析，反馈电压的变化会引起脉冲宽度变化，通过逆变电路，最终可以使得反馈电压和给定电压相等，即逆变器的输出电压基本稳定。此外，如果要求得到50Hz的输出频率，锯齿波的频率应该是100Hz。

方波输出电路简单，易于闭环控制，电压输出稳定度也比较高。特别是它可以直接借用直流电源控制技术，很多直流控制芯片都可以应用，因此方波输出具有成本低的优点。但是，方波输出含有大量的低次谐波，波形畸变严重，主要应用在要求不高的场合，为了改善上述缺点，逆变器中广泛采用正弦波脉宽调制技术。

②正弦波脉宽调制

正弦波脉宽调制技术即SPWM技术，它利用面积冲量等效原理获得谐波含量很小的正弦电压输出。正弦脉宽调制波中谐波分量主要分布在载波频率以及载波频率整数倍附近。在目前使用的中小容量逆变器中，三角波的工作频率在8～40kHz之间。因此，采用SPWM的逆变器输出电压波形中，基本不包含低次谐波，几乎所有谐波的频率都在几千赫以上。这样，逆变器所需的滤波器尺寸就可以大大减小。

对于单相全桥逆变电路，目前装置中常用SPWM硬开关，SPWM控制策略有双极性SPWM和单极性SPWM两种。无论是双极性SPWM还是单极性SPWM，都可以采用正弦调制波Usin。和三角载波Utri比较进行调制，且逆变桥中同一桥臂的上、下两个开关管(即VT1和VT2，VT3和VT4)的驱动信号总是互补的(忽略死区)。其区别在于两个桥臂调制规律之间的关系不同。现对应图1(b)单相全桥逆变电路，说明两种控制规律，波形如图3所示。

参考文献（不少于15篇）

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[4].曹勇，刘万兵，王庆勇.光伏发电逆变器工作原理及控制［J］.自动化技术与应用，行业应用与交流，2013.32卷第12期

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[12].郑连清，王青峰，朱军，王腾.逆变器软开关技术的发展和现状［J］.通用低压电器，智能电器及计算机应用，2007第3篇

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[14].陈江辉,谢运祥,黄敏俊,明宗峰,陈敬峰.基于双环控制的BuckDC-AC逆变器［J］.华南理工大学学报(自然科学版)，2009.2，第37卷第2期

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一、设计内容：

1．了解两级式倍压整流逆变器的意义；

2．掌握两级式倍压整流逆变器的工作原理；

3．对两级式倍压整流逆变器控制、驱动进行研究；

4．电路参数进行设计与计算；

5．应用SABER软件进行仿真验证；

二、技术要求：

1、变换器输入电压35VDC，输出电压220VAC

2、输出功率200W

三、设计的主要思路及过程

1．详细分析变换器工作原理

2．通过计算，分析比较选用何种前级后级结构

3.根据设计要求计算各个元件的参数

4．利用saber进行开环的仿真

5.利用saber进行双闭环环的仿真

四、拟定方案

查询收集相关逆变器的文献，对照任务书上的要求，选择合适的逆变器的电路，对两级式倍压整流逆变器控制、驱动进行研究，应用SABER软件进行仿真验证。

时间安排