1 逆變器技術(shù)發(fā)展歷程

逆變器技術(shù)的發(fā)展始終與功率器件及其控制技術(shù)的發(fā)展緊密結(jié)合,從開始發(fā)

展至今經(jīng)歷了五個(gè)階段：

第一階段：20世紀(jì)50-60年代,晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件;

第二階段:20世紀(jì)70年代，可關(guān)斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問(wèn)世，使得逆變技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用;

第三階段：20世紀(jì)80年代,功率場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵型晶體管、MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

第四階段：20世紀(jì)90年代，微電子技術(shù)的發(fā)展使新近的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊控制等技術(shù)在逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用，極大的促進(jìn)了逆變器技術(shù)的發(fā)展;

第五階段：21世紀(jì)初，逆變技術(shù)的發(fā)展隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的進(jìn)步不斷改進(jìn)，逆變技術(shù)正朝著高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。

2 逆變器的發(fā)展趨勢(shì)

更高的效率：目前，美國(guó)市場(chǎng)上的逆變器最高效率可達(dá)95%。在歐洲，由于

采用了無(wú)變壓器的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)更高的效率。例如，有一款產(chǎn)品(SMASunnyMinicentral8000TL)聲稱可到達(dá)98％的效率。

更低的成本：大約0。2-0。3美元/瓦的價(jià)格已經(jīng)被設(shè)定為2020年逆變器的

價(jià)格目標(biāo)，這意味著比目前售價(jià)降低50—75％.這個(gè)目標(biāo)最有可能通過(guò)增加產(chǎn)量及改善學(xué)習(xí)曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)。

更高的可靠性：目前，逆變器的MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）為5～10年。但

很多人懷疑，是否有可能以合理的成本實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在中近期,通過(guò)改進(jìn)質(zhì)量控制、更好地散熱并降低復(fù)雜性，MTBF大于10年的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的.

通信功能：今天，逆變器可以記錄并借助制造商特定的協(xié)議傳遞信息。下一

代單元應(yīng)使用通用的通信標(biāo)準(zhǔn)傳送更全面的系統(tǒng)信息,以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的診斷功能，

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并能與公用服務(wù)機(jī)構(gòu)通信，以支持電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

3 目前研究成果

3.1 合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院的陳玲、張興、楊淑英，謝振等人

在2009年在本院學(xué)報(bào)中提出了“帶不平衡負(fù)載的三相四橋臂逆變器的研究”。該研究對(duì)三相四橋臂逆變器的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，建立了基于對(duì)稱分量法和雙同步旋轉(zhuǎn)d—q坐標(biāo)系的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)均采用前饋解耦的控制策略，使三相四橋臂逆變器帶有不平衡負(fù)載的能力.

3.2 空軍雷達(dá)學(xué)院研究生管理大隊(duì)的石磊、陳媛娣、朱忠尼于2006年在該

院學(xué)報(bào)發(fā)表了“基于DSP的SVPWM控制三相逆變器設(shè)計(jì)”。該設(shè)計(jì)從電壓矢量控制的基本原理出發(fā),給出了SVPWM算法在TMS320LF2407上實(shí)現(xiàn)的軟件流程。實(shí)際編程實(shí)現(xiàn)了SVPWM波形輸出。系統(tǒng)具有控制精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、軟件編制容易等優(yōu)點(diǎn)。

3。3 哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的趙曉青、羅耀華于2008年在應(yīng)用科技

期刊發(fā)表“基于DSP的三相SPWM逆變系統(tǒng)研究\"。本文主要針對(duì)三相逆變系統(tǒng)，介紹了采用TMS320LF2407芯片，通過(guò)混合查表法產(chǎn)生三相SPWM正弦電壓的方法，并給出了部分程序源代碼,實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以滿足實(shí)際需要。

3。4 東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的閆士杰、冷冰、杜蘅等人于2012年

在電機(jī)與控制學(xué)報(bào)發(fā)表“基于H∞重復(fù)控制的三相四橋臂逆變器研究”。本文在三相四橋臂逆變器解耦成三個(gè)單相逆變器的基礎(chǔ)上，提出了一種H∞重復(fù)控制策略，解決了微型電網(wǎng)中,作為功率接口的三相四橋臂逆變器存在輸出波形畸變率大,跟蹤給定正弦波慢的問(wèn)題。

3。5 湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的湯才剛、朱紅濤、李莉、陳國(guó)橋

等人于2008年在現(xiàn)代電子技術(shù)期刊發(fā)表“基于PWM的逆變電路分析”。本文為了對(duì)PWM型逆變器電路進(jìn)行分析，從PWM控制的基本原理出發(fā)，首先建立了逆變器控制所需的電路模型，采用IGBT作為開關(guān)器件，并對(duì)單相橋式電壓型逆變電路和PWM控制電路的工作原理進(jìn)行了分析.使用雙蹤示波器對(duì)電路的輸出波形進(jìn)行分析，給出了仿真波形。實(shí)踐表明:運(yùn)用PWM控制技術(shù)能夠很好地實(shí)現(xiàn)逆變電路的運(yùn)行要求。

3。6 東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的劉秀翀、褚恩輝、張化光等人于2010

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年在電機(jī)與控制學(xué)報(bào)發(fā)表“基于三相綜合補(bǔ)償?shù)乃臉虮勰孀兤骺刂啤?。本文針?duì)四橋臂逆變器，提出了基于三相綜合補(bǔ)償?shù)乃臉虮劭刂品椒?。該補(bǔ)償策略用地四橋臂補(bǔ)償輸出不平衡因素，形成第四橋臂和各相橋臂綜合補(bǔ)償相電壓的模式,發(fā)揮出四橋臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在阻性(或感性）不平衡負(fù)載條件下，增強(qiáng)了控制能力。基于三相綜合補(bǔ)償策略，文中針對(duì)電感電流為正弦波的特征，采用積分算法逼近電感電壓,構(gòu)造閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),并給出四個(gè)橋臂的控制方法.該控制方法避免了微分算法引入的高頻干擾和通用濾波算法引入的相位偏移，確保了輸出電壓收斂于理想波形。

3.7 東南大學(xué)電氣工程學(xué)院的楊云虎、周克亮、盧聞州等人于2011年在校

學(xué)報(bào)發(fā)表了“三相PWM逆變器魯棒重復(fù)控制策略”。為了提高三相CVCF PWM逆變器波形的控制性能（同時(shí)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定誤差小和魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)），提出了魯棒重復(fù)控制策略。首先采用魯棒控制理論對(duì)兩類不確定建模；然后引進(jìn)一個(gè)虛擬的復(fù)不確定代替重復(fù)控制中的長(zhǎng)延遲環(huán)節(jié)，將重復(fù)控制器集成到魯棒反饋控制器設(shè)計(jì)之中形成魯棒重復(fù)控制方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面，采用魯棒重復(fù)控制策略控制的三相逆變器，即使在非線性負(fù)載情況下也能保證輸出電壓的THD含量低、跟蹤精度高、響應(yīng)快;并且在參數(shù)變化和負(fù)載突變擾動(dòng)的情況下,仍具有良好的魯棒性.

3。8 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院的李文正于2008年在中國(guó)科技論

文網(wǎng)發(fā)表“三相四臂逆變器的仿真設(shè)計(jì)”.本文首先用對(duì)稱分量法在不平衡負(fù)載下對(duì)三相四臂逆變器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，驗(yàn)證了三相四臂逆變器可以帶不平衡負(fù)載。本文在總結(jié)、分析其它控制方法的基礎(chǔ)上，建立了三維空間矢量調(diào)制策略,提高了電壓利用率,減少了諧波含量，介紹了三維空間矢量調(diào)制的原理及其算法實(shí)現(xiàn)。其次對(duì)三相四臂逆變器在兩種坐標(biāo)系下建立數(shù)學(xué)模型，提出本文所采用的一種基于正反向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的正序、負(fù)序和零序分量單獨(dú)控制的控制策略,實(shí)現(xiàn)了各個(gè)通道的解耦。

3.9 南京航空航天大學(xué)航空電源航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的龔春英、熊宇、酈鳴、

陳新、嚴(yán)仰光于2004年在電工技術(shù)學(xué)報(bào)上發(fā)表“四橋臂三相逆變電源的三維空間矢量控制技術(shù)研究”.本文介紹了四橋臂三相逆變器的三維空間矢量控制原理，給出了任意負(fù)載下空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡表達(dá)式，還建立了三維空間矢量調(diào)制四橋

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臂逆變器MATLAB模型,并利用MATLAB仿真軟件對(duì)各種性質(zhì)負(fù)載、對(duì)稱和不對(duì)稱負(fù)載及負(fù)載和輸入電壓突變情況進(jìn)行了仿真研究.研究結(jié)果表明該法具有負(fù)載適應(yīng)能力及帶不對(duì)稱負(fù)載能力強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),并在DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明該法是可行的。

3。10 湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院與廣西電力科學(xué)研究院的呂志鵬、羅

安、蔣文倩、周柯、謝三軍等人于2012年在中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)發(fā)表“四橋臂微網(wǎng)逆變器高性能并網(wǎng)H -∞控制研究\".本文提出了微網(wǎng)三相逆變器輸出電壓波形受電網(wǎng)畸變電壓、負(fù)載諧波電流和直流側(cè)電壓中點(diǎn)平衡的共同作用，為使直流側(cè)電壓中點(diǎn)維持穩(wěn)定，并使輸出電壓波形跟蹤參考電壓，針對(duì)一種四橋臂逆變器結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，采用H—∞控制策略構(gòu)造高帶寬魯棒控制器對(duì)中線橋臂和三相橋臂進(jìn)行統(tǒng)一控制。仿真和實(shí)驗(yàn)表明，在較大中線電流和電網(wǎng)電壓畸變情況下,中線橋臂能夠控制中點(diǎn)輸入和輸出電流近似相等,三相橋臂能夠使輸出電壓維持較低的諧波畸變率，提升微網(wǎng)供電質(zhì)量。

3.11 華中科技大學(xué)、南昌交通大學(xué)、武漢理工大學(xué)、浙江大學(xué)的胡文華、

馬偉明、劉春喜等人于2010年在電磁分析與應(yīng)用期刊發(fā)表“三相逆變器不平衡負(fù)載的控制策略研究”. 雖然傳統(tǒng)的對(duì)稱分量分解和疊加原理可以通過(guò)保持電壓的平衡補(bǔ)償逆變器的正、負(fù)和零序分量輸出電壓，但是,這種方法是很費(fèi)時(shí)的，且不適合于控制.本文針對(duì)高功率中頻逆變電源,提出了P +共振(比例和諧振)控制器，確保了三相不平衡負(fù)載下輸出電壓平衡。該穩(wěn)壓器被證明適用于三相三線系統(tǒng)和三相四線系統(tǒng),并開發(fā)了兩種方法實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果證實(shí)，該方法能夠有效地抑制不平衡負(fù)載所造成的輸出電壓變形，并獲得高品質(zhì)的電壓波形。

3.12 馬來(lái)亞大學(xué)電氣工程系的Mohamad N。 Abdul Kadiry, Saad Mekhilef，

and Hew Wooi Ping與2010年在電力電子日志發(fā)表“三階段混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器的雙矢量控制策略\"。 本文提出了一種在混合多電平逆變器的基礎(chǔ)上分階段認(rèn)知的電壓控制算法的逆變器電壓向量圖。該算法被施加到控制一個(gè)三階段18級(jí)別的混合動(dòng)力的逆變器，它已經(jīng)設(shè)計(jì)了最大數(shù)量的對(duì)稱水平。該逆變器具有利用傳統(tǒng)的六開關(guān)逆變器和使用級(jí)聯(lián)的H橋細(xì)胞構(gòu)成的中等和低電壓的三電平階段,采用構(gòu)建的兩個(gè)級(jí)別的主級(jí)。該算法的顯著特點(diǎn)是它能夠避免不良的高頻率開關(guān)，盡管逆變器的直流電源電壓的選擇在中壓階段，以最大限度地提高水平狀態(tài)

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消除冗余的數(shù)量。測(cè)試結(jié)果表明,所提出的算法達(dá)到了預(yù)期的功能和所有的主要假設(shè)已經(jīng)得到了驗(yàn)證。

3.13 IEEE的高級(jí)會(huì)員Burak Ozpineci 、Madhu Sudhan Chinthavali， Leon M.

Tolbert、H. Alan Mantooth和學(xué)生會(huì)員Avinash S。 Kashyap于2009年在IEEE發(fā)表 “Si IGBT和碳化硅肖特基二極管制成的55千瓦的三相逆變器”。 碳化硅（SiC)功率器件對(duì)功率轉(zhuǎn)換器的效率、重量、體積和可靠性產(chǎn)生影響。目前，只有商用的SiC肖特基二極管具有相對(duì)較低的電流額定值.美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與Cree和賽米控合作,建立了一個(gè)硅絕緣柵雙極型晶體管與SiC肖特基二極管混合動(dòng)力的55千瓦的逆變器，Cree公司制造了更高的電流碳化硅取代硅pn二極管賽米控車載肖特基二極管逆變器。本文介紹了這些二極管電路仿真器模型的建立,以及逆變器的測(cè)試結(jié)果，并與一個(gè)類似的全硅逆變器比較結(jié)果。

3。14 土耳其中東技術(shù)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的Emre ün Ahmet M。

Hava 于2007年在IEEE發(fā)表“一種為三相電壓源逆變器降低交換頻率并減少共模電壓的接近PWM狀態(tài)的方法”的期刊。本文提出的用于三相PWM逆變驅(qū)動(dòng)器的近PWM狀態(tài)法降低了共模電壓/電流并確定了最佳的電壓矢量和它們的序列.對(duì)電壓的線性度和輸出的直流交流總線和PWM電流紋波特性進(jìn)行了研究。這種方法徹底調(diào)查了其性能與常規(guī)方法相比的差異.理論，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NSPWM具有優(yōu)異的共模和滿意的PWM紋波性能特點(diǎn)。

3.15 IEEE高級(jí)會(huì)員Engin Ozdemir 、Leon M。 Tolbert 、IEEE會(huì)員Sule

Ozdemir在IEEE雜志發(fā)表“三相光伏系統(tǒng)中6級(jí)二極管鉗位多電平逆變器的基本調(diào)頻”。 本文提出了一種二極管鉗位多電平逆變器的基頻調(diào)制（三相光伏(PV)系統(tǒng)DCMLI）計(jì)劃。 系統(tǒng)由5個(gè)串聯(lián)連接的光伏組件，六個(gè)級(jí)別DCMLI產(chǎn)生基本三相輸出調(diào)制電壓，并作為三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載。為了驗(yàn)證所提出的概念，用一個(gè)小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室原型的仿真研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)量。結(jié)果表明：在三相光伏發(fā)電系統(tǒng)中基本頻率切換的可行性.

3.16 馬來(lái)亞大學(xué)電氣工程學(xué)院的Mahrous E. Ahmed、Saad Mekhilef于2009

年發(fā)表“少開關(guān)和低輸出電壓失真的多電平三相逆變器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)\"。本文提出并介紹了三相三級(jí)9個(gè)開關(guān)電壓源逆變器的設(shè)計(jì)和運(yùn)作原則.提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由源極和經(jīng)典的三相逆變器的全橋功率開關(guān)之間插入三個(gè)雙向開關(guān)組成。其結(jié)果

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是，在逆變器的輸出端得到三電平的輸出電壓波形和一個(gè)顯著的負(fù)載諧波抑制。提出的多電平逆變器的諧波含量與兩電平逆變器相比可以減少一半，輸出波形的傅立葉分析和設(shè)計(jì)已進(jìn)行了優(yōu)化，以達(dá)到最低的總諧波失真。經(jīng)典的三相逆變器的全橋電源開關(guān)工作在50Hz工頻，而輔助電路開關(guān)工作在兩倍的工頻。為了驗(yàn)證所提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成了仿真和分析.此外，原型的設(shè)計(jì)、實(shí)施和測(cè)試也已完成。

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