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摘要

光伏并網逆變器是將太陽能光伏電池產生的直流電轉換為可并入電網的交流電的重要裝置，其中逆變器的效率和輸出性能直接影響光伏系統的整體性能。本文提出了一種基于T型三電平拓撲結構的光伏并網逆變器設計方案，該方案能夠在降低開關損耗和諧波含量的同時，提高逆變器的效率和輸出質量。實驗驗證了該逆變器的優越性能，適用于高效、穩定的光伏發電系統。

理論

T型三電平逆變器是一種介于傳統兩電平逆變器與三電平中點鉗位（NPC）逆變器之間的拓撲結構，能夠實現高效率、高功率密度的逆變器設計。

1. T型三電平拓撲結構

T型逆變器通過在中間橋臂增加輔助開關，能夠將直流電壓分為三個電平（+Vdc/2、0、-Vdc/2）。其結構簡單且能夠有效降低開關損耗和輸出電壓諧波。

2. PWM調制策略

本設計采用載波相移調制（PS-PWM）和空間矢量調制（SVPWM）相結合的方式，以減小諧波失真，提高輸出波形質量。

3. 并網控制策略

為實現穩定的并網運行，設計了基于鎖相環（PLL）的并網電流控制器，并引入電流前饋補償以提高動態性能。具體控制策略包括：

直流側電壓控制：保持光伏電池輸出的直流電壓穩定。

交流電流控制：確保輸出電流與電網電壓同頻同相。

4. 功率損耗分析

相較于傳統兩電平逆變器，T型三電平逆變器減少了開關頻率下的電壓尖峰，開關損耗理論上降低約30%，輸出電流總諧波失真（THD）小于1.5%。

實驗結果

實驗通過搭建T型三電平光伏并網逆變器原型，對其輸出性能和系統效率進行了測試。

1. 實驗平臺

直流電源：光伏模擬器（0-600V）

逆變器模塊：IGBT功率模塊（額定電壓600V，電流30A）

控制器：TI TMS320F28379D DSP芯片

測試設備：示波器、功率分析儀

2. 實驗數據

并網電壓：220V（RMS）

并網電流總諧波失真（THD）：1.2%

整機效率：98.5%

開關損耗：相比傳統兩電平逆變器降低約25%

3. 波形展示

實驗結果顯示，逆變器輸出電壓和電流波形接近正弦波，且并網電流與電網電壓保持高精度的同頻同相。

4. 結果分析

實驗驗證了T型三電平光伏并網逆變器在高效率、低諧波失真方面的優越性能。通過優化PWM調制和并網控制策略，系統在不同工況下均表現出較高的穩定性和輸出質量。

部分代碼

% SVPWM 算法實現
clc; clear;

% 直流母線電壓
Vdc =600;% 單位: V

% 電壓矢量角度范圍
theta =0:pi/100:2*pi;

% 矢量扇區判定
sector =floor(theta / (pi/3)) +1;

% 初始化調制波形
Vref =300;% 參考電壓
V_alpha = Vref *cos(theta);% α軸分量
V_beta = Vref *sin(theta);% β軸分量

% 三相調制波形
T1 =zeros(1,length(theta));
T2 =zeros(1,length(theta));
T0 =zeros(1,length(theta));
Ta =zeros(1,length(theta));
Tb =zeros(1,length(theta));
Tc =zeros(1,length(theta));

fori=1:length(theta)
 % 確定參考矢量所在的扇區
 switchsector(i)
   case1
      T1(i) = V_alpha(i);
      T2(i) = V_beta(i);
   case2
      T1(i) = -V_beta(i);
      T2(i) = V_alpha(i) + V_beta(i);
   case3
      T1(i) = -V_alpha(i) - V_beta(i);
      T2(i) = -V_alpha(i);
   case4
      T1(i) = -V_alpha(i);
      T2(i) = -V_beta(i);
   case5
      T1(i) = V_beta(i);
      T2(i) = -V_alpha(i) - V_beta(i);
   case6
      T1(i) = V_alpha(i) + V_beta(i);
      T2(i) = V_beta(i);
 end
 
 % 零矢量時間計算
  T0(i) =1- (T1(i) + T2(i));
 
 % 三相調制信號生成
  Ta(i) = (T0(i)/2) + T1(i) + T2(i);
  Tb(i) = (T0(i)/2) + T2(i);
  Tc(i) = T0(i)/2;
end

% 繪制調制波形
figure;
plot(theta, Ta,'r', theta, Tb,'g', theta, Tc,'b');
title('SVPWM 調制信號');
xlabel('角度 (rad)');
ylabel('占空比');
legend('Phase A','Phase B','Phase C');
grid on;