二、国内外研究现状
（3）具有独立直流电源的级联型逆变器 主电路由相同的单相逆变器组成，易于模块化设计和封装，
控制相对简单；需要多个相互隔离的独立电压源，供电系统设 计比较复杂。
图3 具有独立直流电源的级联型五电平逆变器拓扑结构
三、研究内容
（1）基础研究 ➢ 对光伏并网系统的体系结构进行了分类，指出不同体系结
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主要参考文献
一、研究背景及意义
解决问题， 寻找新能源
能源危机 环境污染
太阳能Biblioteka 丰富清洁 可再生能量变换装置
直流电能转换 为交流电能
光伏并网逆 变器
光伏 发电
效率的高低、可靠性的好坏直接 影响整个并网系统的性能和投资
可再生，污染 小，传输简便
太阳能利用的 主要方式
一、研究背景及意义
传统的二电平三相桥式逆变器有诸多固有的缺点： （1）开关器件在关断过程中承受的最高电压要高于直流环 节的电源电压，导致开关器件电压应力大，在提高输出电压 和高压输入场合应用困难。 （2）桥臂只能输出+1和−1两态电平，工作于双极性调制方 式，桥臂输出电压波形谐波含量大，电磁干扰严重，需要开 关频率高和大容量滤波器。 （3）直流侧对母线电压需进行大电容均分，或者要求输入 电压本身就提供正负母线电压和地，而一般不易满足。 与传统的两电平逆变器相比三电平及多电平逆变器主要具有 以下优点： （1）输出电平级数增多，输出波形阶梯也增多，输出波形
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三相单边三电平光伏并网逆 变器的设计研究
报告人：XXX 专 业：物理电子学 导 师：XX
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1
研究背景及意义
2
国内外研究现状
3
研究的主要内容
4 已完成工作及进度安排
二、国内外研究现状
目前，三电平（多电平）逆变器主要有3类拓扑结构：二 极管钳位型逆变器，电容钳位型逆变器和具有独立直流电源 的级联型逆变器。 （1）二极管钳位型逆变器
图1 二极管钳位型三电平三相逆变器电路拓扑结构
二、国内外研究现状
主要优点：(1) NPC 三电平拓扑能够很好地解决电力电子 开关元器件耐压不够高的问题。(2) 相对于两电平逆变器，三 电平逆变器输出为三电平阶梯波，形状更接近正弦，输出谐波 分量少，并能够有效地降低开关频率，从而使系统损耗小。(3) 在同样的直流电压开关器件承受的电压是二电平的一半，开关 应力小，损耗小。
四、已完成工作及进度安排
目前，已经完成了基础实验平台的设计和制作。该平台以 STM32为核心控制芯片实现A/D采样和PWM波驱动，主要包括电源电 路，复位电路，驱动电路，保护电路，电压电流测量电路等等。 （1）电源部分
三、研究内容
（2）创新研究 在三相三电平光伏逆变器拓扑结构的分析研究的基础上，
研究设计了一种非隔离型三相单边三电平的光伏并网逆变器。
图4 三相单边三电平光伏并网逆变器拓扑结构
三、研究内容
本课题的初步实验方案主要由功率变换电路、并网滤波、 控制电路及辅助电源等部分构成，系统整体框图如下图所示 。 控制部分的数据处理初步选择Cortex-M3内核的STM32系列微 处理器完成。
一、研究背景及意义
更加接近于正弦波，谐波含量少，而且输出电压上升率较小， 降低了对开关器件耐压性能的要求。 （2）与两电平逆变器相比，在输出电压波形相同的情况下多电 平逆变器所需开关频率低，因而开关损耗小，效率高。 （3）逆变器输出侧无需变压器，大大减小了系统的体积，降低 了系统成本。
近期随着光伏系统容量的不断增加，对逆变器的成本、效 率和可靠性的要求也越来越高。非隔离型三相三电平光伏逆变 器以其耐压等级高，输出电压更接近正弦波，电压畸变率低， 谐波含量小，并且省去了笨重的工频或复杂的高频变压器等众 多优点，使得系统的结构变得简单，体积小、成本低、效率高， 在光伏并网发电系统中具有广泛的应用价值和较高的研究意义。
构的优缺点及其应用的范围，同时，给出了适合于不同体 系结构的逆变器拓扑。 ➢ 研究介绍三电平技术的发展背景、研究现状以及发展前景， 阐述了研究并使用三电平技术的重要意义，以及所具有巨 大的经济效益。 ➢ 介绍了目前常用的三相三电平光伏逆变器的主电路拓扑结 构和工作原理，分析各种结构的优缺点及其适用的场合。 ➢ 对三电平常用控制算法及调制策略进行归纳总结，分析它 们的特点和适用性。
不足之处：(1) 每个电压周期内同一桥臂上开关元器件的 开通次数不同，中间两个的开通时间要比外侧两个的开通时间 长，负荷分配不同，造成开关元器件的利用率不同。(2) 电容 均压问题，直流侧电容由于一个周期内电流的流入和流出可能 不同，会造成一部分电容总在放电，另一部分电容总在充电， 使得电容电压不均衡，最终导致输出电平不对称，增大了线电 压谐波含量，对整个系统工作不利。
三、研究内容
➢（1）逆变器结构的设计与分析，工作原理的研究，主要包括：对 其结构分析研究对不足之处进行改进，多各种开关模式下的工作原 理进行分析研究，找到使功耗较小的最优开关模式状态。 ➢（2）主电路参数的求取，包括：功率管的选取，直流侧电容，并 网侧电容和电感的选取，在保证性能的情况下尽可能降低成本。 ➢（3）逆变器控制电路的设计，包括：主控电路的设计（主控芯片 的选择及外围电路的设计），驱动电路的设计，信号采集电路的设 计（交流电压电流瞬时信号采集电路设计，电网相位检测电路设计， 交流电压信号有效值釆集电路设计），保护电路的设计等。 ➢（4）逆变器控制策略的研究，对适用于三相三电平逆变器的多种 调制方式（SPWM,SVPWM等）进行分析对比选取合适的控制策略来获 取功率管的驱动信号，达到最佳控制。 ➢（5）一些特定问题的解决，如共模电流的抑制，逆变器输出纹波 电压的消除及直流分量的抑制等等。
二、国内外研究现状
（2）电容钳位型逆变器 与二极管钳位型逆变器相比，在电压合成方面，开关状
态的选择具有更大的灵活性；通过同一电平上不同开关的状 态组合可以使电容电压保持均衡；但是多个电容的引入使逆 变器的体积增大，成本高，结构设计复杂；控制方法复杂， 实现困难。
图2 电容钳位型三相三电平逆变器拓扑结构