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  7. 【原创】H6拓扑单相非隔离光伏并网逆变器研究——从H桥离网开始
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光伏逆变技术大赛

【原创】H6拓扑单相非隔离光伏并网逆变器研究——从H桥离网开始

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  1. 2017-3-16 22:56:31
第一次在21世纪电源网发帖,正好借此机会和大家交流,也希望各位前辈不吝指教(抱拳)。鄙人不才,乃某不知名高校即将中期答辩的小硕一枚,毕设题目是单相非隔离光伏逆变器,主要关于H6桥拓扑理论方面以及实际调试,还有关于DSP28335的编程,和产品什么的无关......

半年前我对逆变器可以说一无所知,在拜读了@gy200812美女工程师写的《为你解密单相光伏并网逆变器的环路控制》,ericjackson05学长的《1KW隔离式光伏并网逆变器》帖子之后,受益匪浅;另外也一直关注着@麦兜爱企鹅前辈的《基于H6桥拓扑的单相并网逆变器全面解析》一文,无奈该帖停更已近半年之久,ericjackson05学长一直杳无踪迹,偶尔才浮出水面;gy200812也回家抱孩子去了,根本不回我的qq所以我决定自开一帖,谈谈自己这段时间的心得体会,整合一下各位前辈留下的关于单相非隔离逆变器H桥,H6拓扑的宝贵资料,算是给自己留下一点东西,也期待各位前辈能够早日回归,再续前缘。如果能够带给读此帖的人一点点启发,那鄙人将会感到莫大的荣幸!

列位看官,容我慢慢道来。欢迎各位拍砖!

从2016年7月份说起,那时一家创业公司老板来找我的导师谈论H6拓扑,打算做这方面的项目;我们老师的学生多数都去企业实习了,只有两三个还留在实验室,我也是其中之一,导师就把H6拓扑交给我来研究,当做毕业课题。由于我项目经验严重不足,开始时茫无头绪,只能到处找相关的论文看,然后再在MATLAB/Simulink上跑跑诚博国际就已经是极限了;现在回想我用过的这几款诚博国际软件:Simulink,Saber,PSpice和PSIM,尽管Simulink对于刚开始用的初学者来说已经算是比较简单的了,但还是会遇到很多很多坑,比如代数环,模块的采样时间,诚博国际算法,误差,步长的选择,还有器件的一些参数比如IGBT的吸收电路参数Rs,Cs的配置,SPWM逻辑是否正确,PID模块的算式是否和DSP代码中的相符......稍不留神就容易导致诚博国际结果与预期不符合,又要花很多时间来思考到底是哪里出了问题。一番折腾,总算是把原理性的诚博国际做出来了。因为对于目前并网逆变器而言还需要拥有发送无功功率的能力,换言之,在功率因数不为1的情况下也可以正常运行,这里我主要研究H6桥传统控制策略在发送无功时会导致网侧输出电流波形畸变,但可以通过改进控制策略——也就是让中间的低频管也半周期高频开通,使逆变器在发送无功时,网侧电流依然为THD很小的正弦波;针对这个问题,gy200812大神也评论过一句话:“工频管半周期也会高频开通的主要作用是在功率因数不完全为1的时候。当机器启动时候或者有功率因数要求的时候会出现无功。”;然而由于实战经验不足,之后我就先去研究H桥逆变器了。打算近期再好好看看论文,争取毕业之前把H6拓扑的原理样机做出来。

下面分享一下我最开始做的Simulink诚博国际程序框图和输出波形:


传统控制策略:


输出波形(可以看到网侧电流畸变):


_________________________________________________________

改进控制策略:


输出波形(网侧电流波形很好):



另外和大家分享一下我在读H6拓扑文献时找到的一些非常经典的论文,有一些是从IEEE下载下来的。(顺便在这里放一波gy200812大神关于H6拓扑及数字控制PI闭环的一些资料,有些是论坛上没有的,但在她本人公众号上已经公开了)

一直到六月底毕业之前,我都会经常来论坛和各位道友交流,请教。

第一次发帖也不容易,希望路过的朋友可以留言支持一下,谢谢了!









gy200812的资料.rar 2.76 MB, 下载次数: 284
【经典】IEEE2011.pdf 1.02 MB, 下载次数: 265
【经典】IEEE论文_H6桥改善控制策略.pdf 1.24 MB, 下载次数: 297
【经典】非隔离型 H6 桥单相光伏逆变器无功补偿调制.pdf 942.61 KB, 下载次数: 289
【经典】一种高效率H6结构不隔离单相光伏并网逆变器_嵇保健.pdf 2.68 MB, 下载次数: 299
【经典】一种基于MOSFET的H_6桥非隔离光伏并网逆变器_王丛.pdf 790.14 KB, 下载次数: 277
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世纪电源网-编辑
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  1. 2017-3-17 09:10:58
 
感谢楼主支持参与活动!
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  1. 2017-3-17 09:34:42
 
在学校实验室待了一段时间后,我觉得厌倦了这种生活,每天就是待在那里看论文,实验室器材有限,自己又没有调试经验,一个月的补助也只有区区750块。后来自己实在待不住了,就主动找到之前创业公司的老板,希望到他那里实习,既可以拿到一点工资,也可以锻炼一下自己的能力;可惜之前做H6拓扑研发的技术大牛在我来的时候就离职了,老板也一直忙着做车载电源和储能的项目,H6拓扑的项目也就被一直搁置了,对此我也十分无奈......不过我有信心完成最终的H6单相并网逆变器!


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  1. 2017-5-8 11:12:35
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可以啊,750还嫌少,,可怜我们只有600,还是国家发的
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  1. 2017-5-9 09:45:10
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你们少了 这个导师还得补助一部分吧
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  1. 2017-5-9 14:47:49
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那也得干活啊。。
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  1. 2017-5-10 20:50:37
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有的老师一个月给学生2000......话说你也是准备毕业了么,也是做逆变这块?
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  1. 2017-3-17 10:17:37
 
H6主电路拓扑如下:





和我现在正在调试的H桥相比,就是增加了两只IGBT,对应的驱动电路也增加了两路;然后加了两个续流二极管,主要是用来提供续流回路来消除共模漏电流,这个具体可以参考H6桥拓扑的论文和资料。

————————————————————————————————————————————————————————————

光耦辅助供电电路采用ON Semiconductor公司的开关稳压芯片NCP1031,采用原边反馈方式;设计输出正电压为15V,负电压为-7.5V,其数值不需要十分精确,只是用来开通和关断IGBT。这里我从Datasheet网站上下载各厂家相应芯片及器件的诚博国际模型,做了一个PSpice诚博国际。诚博国际电路图如下:



诚博国际结果如下,主要是模拟NCP1031芯片的启动过程。



说一下我个人的理解:先由内部电流源 Istart启动,Vcc持续上升。分析可知,芯片启动初期,由电感电容构成了谐振电路。通过求解关于LC的微分方程可知,在零状态响应下,IGBT的集射电压Vce最大可以达到两倍输入电压Vin,即48V*2=96V;具体如下图中所示。



当供电电压Vcc达到10.2V时,关闭Istart,此时通过辅助绕组给芯片供电。之后,当Vcc达到约15V的稳定值时,芯片开始工作在准谐振模式,如下图所示。


——————————————————————————————————————————————————————————

接下来是采样电路,用的是差分采样;这个原理也比较简单,主要用运放的虚短虚断推一下,把电阻配置合理就好了:



由于DSP28335ADC输入电压范围为0-3V,没有负压,而逆变侧的电压为交流值,故需要对脉宽进行抬升到0V以上,以满足DSP的采样电压。





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  1. 2017-3-17 10:22:31
 
居然没人关注,好吧那我先闪了
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  1. 2017-3-17 11:15:05
 
都在默默关注中
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  1. 2017-3-20 11:31:52
 
为啥抬升为1.8V 而不是1.65V
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  1. 2017-3-20 13:52:17
 
3.3V经过12k和10k分压,得到的是1.5V抬升。实测约1.53V。
killaws
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  1. 2017-3-27 09:46:47
 
楼主这个电路,运放的同向输入端的“ADC/2”是接到哪里。那点不是应该接地,才是差分电路吗?

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  1. 2017-3-29 10:25:19
 
你看这个电路图下面还有一部分电路,是3.3V经过电阻分压得到约1.5V在经过运放跟随输出,也就是提供一个直流偏置,因为输出是交流而DSP采样只能是0-3V的范围。相当于ADC/2这个引脚就是提供一个1.5V左右的偏置电压
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  1. 2017-3-29 13:47:10
 
谢谢!在问下。INVU和INVW这两端分别是接到了哪里?
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  1. 2017-3-30 17:52:51
 
相当于逆变的输出端,INV U先和电感L串联,然后经过RC并联,最后再接回到INV W端。
killaws
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  1. 2017-3-31 08:25:35
 
就是逆变负载两端喽
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  1. 2017-3-31 09:49:53
 
就是滤波之后接负载
世纪电源网-九天
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  1. 2017-3-30 15:36:46
 
期待楼主继续更新
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  1. 2017-3-17 18:25:57
 
看到论坛很多人关注的一个问题:逆变器单极性SPWM控制方式、双极性SPWM控制方式各有什么优缺点?


我来说说我的看法吧,想到哪里说到哪里。首先双极性SPWM四个开关管都是工作在开关频率下,而单极性SPWM一般只有两个开关管工作在开关频率下(当然也有那种同臂互补的方式,个人感觉主要是MOSFET可以反向导通而不经过体二极管,减小损耗),因此双极性损耗相对单极性肯定要大一些;其次,在相同条件下,双极性的电感电流纹波是单极性的2倍,(这一点之后我会通过对逆变器小信号建模来分析),EMI干扰较大;但双极性调制的优点在于,不存在共模漏电流的问题,也就是逆变器输出侧电压为恒定值;另外也不存在单极性调制容易产生过零点畸变的问题。暂时就先说这么多,另外还有单极倍频的方式等等,欢迎大家补充或者拍砖。
lizlk
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  1. 2017-3-31 15:13:59
 
写的不错,兄弟加油啊!
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  1. 2017-3-31 16:14:26
 
刚刚拜读张工在电源网的帖子,太厉害了
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  1. 2017-4-2 13:32:47
 
最近准备开始并网,看了不少文章和坛友的帖子,在这里写一下自己的心得,也算是总结一下,随时更新;另外哪里说得不对欢迎批评指正。

首先,并网逆变器的输出滤波器有L、LC和LCL三种形式:
       

市面上光伏逆变器比较常见的结构,相当于LC结构,电感是对称的,后面再加了几级EMC滤波。




这三种滤波器结构由简单到复杂,性能不同,应用场合也不同。
很明显,LC滤波器的滤波性能与单电感 L 滤波器相同,直观上看电容被电网电压Vo钳位;虽然 LC 滤波器中的滤波电容 Cf 对逆变桥输出电流有滤波作用,但其对入网电流不起滤波作用。L 滤波器的幅频特性为一条直线,其高频衰减特性较差,而 LCL 滤波器为三阶系统,其高频衰减效果显著,但是,在谐振频率处存在幅值尖峰。


单电感滤波器结构简单,但是,由于其高频谐波衰减特性不够理想,需要较大的电感量才能对谐波进行有效衰减,或者,需要采用较高的开关频率来降低谐波电流,因此,单电感L滤波器通常用于小功率高开关频率的并网逆变器中LC滤波器通常用于并网/独立双模式逆变器中,当逆变器工作在独立模式时,LC滤波能够有效衰减输出电压的高频谐波成分,从而可以获得理想的输出电压波形,当逆变器工作于并网模式时,由于电网电压的钳制作用,仅滤波电感对并网电流起滤波作用,滤波电容相当于本地负载。LCL滤波器对高频分量呈高阻抗,对高频谐波电流可起到很大的衰减作用,即使在低开关频率和较小的电感情况下也能满足电流谐波衰减要求,所以,LCL滤波器通常用于较低开关频率的中大功率场合


这本书第5.4节讲解了LCL滤波器参数的设计方法,对各种并网逆变器都有详细的介绍,在这里分享一下pdf文件给大家。




太阳能光伏并网发电及其逆变控制.part01.rar 5 MB, 下载次数: 204
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黑色的枫叶
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  1. 2017-3-28 20:37:49
 
顶一下,我刚好换工作也在接触光伏这一块,来学习学习
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  1. 2017-3-31 17:09:07
 
好久没更新了,分享个Simulink并网锁相闭环PI程序给大家






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  1. 2017-3-31 17:18:47
 
虽然不会诚博国际,但是你搞得完全正解啊!
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  1. 2017-4-5 17:09:16
 
一直没人回复...下载量倒是不少
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  1. 2017-4-5 20:25:39
 
现在都是这样,呵呵。
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  1. 2017-4-28 16:56:10
 
张版,现在又遇到问题了,我现在尝试并网,直流侧接了chroma电源,48V,直流侧电容3300uF;输出用了chroma电网模拟器,电压幅值38V;

现在基本能够实现锁相,但是一上电直流侧电压波动太大,交流侧电压波峰波谷存在毛刺尖峰,电流波形也很差,不知是什么问题,应该如何解决?另外我现在是双极性调制,如果在交流过零点闭合继电器,开始发PWM波,那一旦开关管导通,电感左端就是直流母线电压,而交流电压还是0V,这样不会瞬间产生一个很大的电感电流么?

示波器channel1是直流母线电压,channel2、3分别是交流电压电流波形








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  1. 2017-4-8 14:39:44
 
新手呀 相关就下下来看一下 也不知道回什么
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  1. 2017-4-9 15:32:37
 
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本网技工
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  1. 2017-6-16 09:56:08
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楼主,这个并网锁相模型 PID后面的增益不应该是接在采样电网的后面吗,为啥这样接啊
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  1. 2017-4-26 16:05:37
 
楼主棒棒哒,最近也在做单相逆变器毕业设计,学习一下
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  1. 2017-4-26 21:40:30
 
留个qq吧,一起交流一下,也快毕业了...你是什么拓扑?
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本网技师
  1. 2017-4-28 21:07:20
 
目前也在做这方面的,不知道楼主的实验做到什么程度了。一起交流
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  1. 2017-4-29 21:05:55
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现在并网遇到问题了,示波器的图片在前面几楼
清风慕竹
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  1. 2017-4-29 23:15:36
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支持,现在H6桥的逆变器比较火的
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  1. 2017-4-30 12:59:06
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是么,你看还有哪里在做的
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  1. 2017-5-1 15:24:52
  2. 倒数7
 
改进的H6 单相5KW光伏并网逆变器的电路拓扑及设计.pdf (1.86 MB, 下载次数: 155)


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  1. 2017-5-3 14:31:08
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可以啊,不过H6也有很多种,这个是另外一种
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