逆变器在电力系统中的应用与仿真

苗晨 李彦君 梁肖裕 郑鑫磊

摘要

本文分析了逆变器在高压直流输电线路及光伏并网技术中的应用，并利用simulink对三相逆变电路进行仿真，得出PWM输出比较信号及三相负载的偷出电压波形，并作简要分析。

【关键词】逆变器 电力系统 应用

1 逆变器在电力系统中的应用

1.1 高压直流输电（HVDC）

直流输电不存在运行稳定问题，并且线路造价低、不存在无功问题，在远距离或超远距离输电中存在明显优势。直流输电的发展大致经历了汞弧阀换流、晶闸管换流及全控型器件三个时期。

高压直流输电经历了交流一直流一交流转换过程。直流输电系统主要由两个换流站（整流站与逆变站）和直流输电线路组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。电厂中生产的交流电首先整流成高压直流电，经输电线路送往逆变站逆变成三相交流电。

1.2 光伏并网

逆变器是光伏并网系统中的核心部分。通过光伏组件将太阳能经过高频直流转换后变成高压直流电，再由逆变器逆变，转换为与电网电压同频、同相的正弦交流电，并向电网输送电能。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。

2 基于simulink的SPWM三相桥式逆变电路

逆变器工作原理：如图1所示为三相桥式逆变电路，电感电阻性负载，A、B、C相的上下桥臂轮流导通。通过控制六个管子的导通时间，达到逆变效果。当VT₁导通，VT₄截止时，a点电位为Ud/2;当VT₄导通，VT₁截止时，a点电位为-Ud/2。

SPWM原理：图2为利用simulink仿真建模，通过3个相位相差120°的50HZ正弦信号及高频三角波比较输出得到的PWM控制信号。如图所示，逆变器以高频三角波为载波，以频率和期望波形（50HZ）相同的正弦波为调制波，IGBT的开关状态由载波与调制波的交点决定，从而得到一系列等幅不等宽的，呈现两边窄中间宽的矩形波（如图4所示）。根据面积等效原则，矩形波可以等效为正弦波。

3 基于MATLAB的三相SPWM逆变电路仿真研究

如图4所示，仿真电路由控制模块（SPWM生成模块Discrete PWM Generator，其载波频率可调）及主电路（逆变器模块UniversalBridge），直流电源模块（设置参数为50V），阻感性负载（R=10Ω，H=0.001Ω）。

以A相为例，上下两桥臂的驱动信号是互补的。由于阻感负载中的电流方向不确定，当IGBT1（IGBT4）加导通信号时，可能是IGBT1（IGBT4）导通，也可能是二极管D1（D2）续流导通（如图1所示）。当A相调制波幅值大于载波幅值时，上臂桥IGBT1导通，下臂桥IGBT4关断，A相相对于直流电源假想中点N的输出电压U_d/2，当调制波幅值小于载波幅值时IGBT4导通，IGBT1关断，则输出电压为-U_d/2。利用LC滤波可实现对PWM输出信号的滤波，在此不再讨论。

参考文献

[1]马兆彪.太阳能光伏并网发电系统的分析与研究[D].江南大学，2008.

[2]郑晓冬，邰能灵，杨光亮，涂崎.特高压直流输电系統的建模与仿真[J].电力自动化设备，2012，32（07）：10-14+61.