1. 設(shè)計(jì)需求分析

->功率等級：1500V100kW，適用于高功率組串式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)。

->輸入電壓范圍：根據(jù)光伏組件的配置，通常在1000V-1500V DC之間。

->輸出電壓：額定輸出230Vac，額頻率50Hz，接入系統(tǒng) 3W+N+PE。

->并網(wǎng)要求：符合電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，具備低諧波失真(THD<5%)。

2. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

三電平Boost+I型逆變：

1500V光伏系統(tǒng)的直流母線電壓(通常1000-1500V)較傳統(tǒng)1000V系統(tǒng)顯著提升，對前級BOOST拓?fù)涮岢龈咭?開關(guān)器件電壓應(yīng)力高，兩電平BOOST中，開關(guān)管需承受接近母線電壓的應(yīng)力(如1500V系統(tǒng)需選耐壓≥1700V的器件)，導(dǎo)致器件成本高、選型受限(僅能選高壓MOSFET或IGBT)。

效率與功率密度矛盾，高壓場景下，若采用兩電平，需增大開關(guān)頻率以降低電感體積，但高頻會增加開關(guān)損耗;若降低頻率，電感體積增大，功率密度下降。結(jié)合上述分析選用3電平BOOST拓?fù)?，每個(gè)3電平BOOST做成20KW的MPPT模塊，每臺100KW的逆變器配備5個(gè)MPPT模塊;這樣可以兼顧成本控制、提高功率密度設(shè)計(jì)、降低維護(hù)難度。

1500V光伏系統(tǒng)后級選擇I型三電平拓?fù)涞暮诵脑蚴瞧渫ㄟ^降低器件電壓應(yīng)力、高頻化設(shè)計(jì)、諧波優(yōu)化及大功率適配性，解決了兩電平拓?fù)湓诟唠妷簣鼍跋碌男?、體積與可靠性瓶頸。

盡管三電平結(jié)構(gòu)比兩電平復(fù)雜，但其在大功率(≥100kW)、高電壓(1500V)場景下的綜合優(yōu)勢(效率提升0.8%-1.5%、體積減小30%-50%、THD降低30%以上)使其成為1500V光伏系統(tǒng)的主流后級逆變選擇，尤其在大型地面電站和高效組串式逆變器中廣泛應(yīng)用。

3. 控制策略

->MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)：MPPT采用固定電壓擾動(dòng)法，實(shí)現(xiàn)太陽能最大功率跟蹤;

->SVPWM調(diào)制：采用空間矢量控制SVPWM生成高質(zhì)量的正弦波。

->鎖相環(huán)(PLL)：實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的同步，確保輸出頻率和相位與電網(wǎng)一致。

->DQ控制：利用坐標(biāo)變換，將三相交流量變換成DQ變量，實(shí)現(xiàn)有功無功的精準(zhǔn)控制。

4. BOOST實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤MPPT

A ->固定電壓擾動(dòng)法

先給定電壓Uref=Uo，然后計(jì)算光伏面板的功率P1;接著給定電壓Uref=Uo+△U，然后計(jì)算光伏面板的功率P2;接著給定電壓Uref=Uo-△U，然后計(jì)算光伏面板的功率P3;通過比較P1、P2、P3，找出最大的功率點(diǎn)，然后將給定值Uref=Upmax;如此反復(fù)循環(huán)最終就能找到了光伏面板的最大功率點(diǎn);程序代碼如下：

B ->三電平BOOST控制實(shí)現(xiàn)

為了簡單化三電平BOOST的驅(qū)動(dòng)，直接將BOOST上下管的驅(qū)動(dòng)信號給成同一信號，使用PSIM仿真軟件搭建MPPT系統(tǒng)，如下：

仿真波形如下：

5. 并網(wǎng)逆變實(shí)現(xiàn)

A->三相PLL鎖相環(huán)算法實(shí)現(xiàn)

基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PLL(dq-PLL)，算法流程圖如下：

dq-PLL算法如下：

使用PSIM仿真軟件搭建基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PLL如下：

仿真波形：

B->逆變控制算法

逆變控制采用DQ坐標(biāo)變換，將三相電壓電流交流量變換成DQ直流量，然后對DQ直流量進(jìn)行PI控制，最后將DQ控制的輸出進(jìn)行逆變換，生成三相SPWM;

C->驅(qū)動(dòng)算法

逆變驅(qū)動(dòng)算法使用空間矢量SVPWM控制，有夠有效提高母線電壓利用率，提高逆變整體效率;SVPWM實(shí)現(xiàn)代碼如下：

D->逆變系統(tǒng)仿真

結(jié)合同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PLL(dq-PLL)、DQ坐標(biāo)變換PI控制、驅(qū)動(dòng)空間矢量SVPWM，使用PSIM仿真軟件搭建逆變系統(tǒng)如下：

仿真波形可以看到逆變母線穩(wěn)定在給定的1000V，PLL鎖相準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)，逆變并網(wǎng)電流穩(wěn)定正常并網(wǎng)。

6. MPPT+I型三相逆變系統(tǒng)仿真

上面已經(jīng)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)了三電平MPPT和I型逆變并網(wǎng)功能，只要將MPPT輸出接到逆變系統(tǒng)的Vbus輸入即可實(shí)現(xiàn)完整的100KW光伏并網(wǎng)逆變器;由于10路MPPT對電腦仿真內(nèi)存要求太高，本仿真只搭建了兩路的MPPT模塊：

仿真波形：

7. 總結(jié)

本文先從1500V100KW光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)溥x擇講起，提出了三電平BOOST模塊化設(shè)計(jì)，方便整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)以及后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)容升級;接著分析了三電平I型逆變拓?fù)湓?500V系統(tǒng)的優(yōu)勢，進(jìn)而對三相交流量進(jìn)行坐標(biāo)變換，通過dq-PLL鎖相，然后進(jìn)行DQ分離有功無功控制，最后將DQ輸出量進(jìn)行逆變換，將變換量進(jìn)行SVPWM計(jì)算，生成SVPWM驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)100KW光伏并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)仿真。

內(nèi)容出處：100KW光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)