【正文】 。近些年，隨著西方國(guó)家不斷加大對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的投資力度，光伏并網(wǎng)逆變器的發(fā)展速度也越來(lái)越快。但在全球光伏并網(wǎng)逆變器市場(chǎng)中，主要由美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額，他們不僅擁有完整的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，而且還具有世界領(lǐng)先的技術(shù)。在全世界的光伏市場(chǎng)中，歐洲以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)處于世界的首要位置。它們的光伏產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，而且擁有十分完善的市場(chǎng)規(guī)模。但是，隨著人類對(duì)光伏技術(shù)的不斷重視，一些發(fā)展中國(guó)家對(duì)光伏市場(chǎng)的投資力度也在不斷增加，他們光伏市場(chǎng)也已經(jīng)具有一定的規(guī)模，而且在部分光伏產(chǎn)品的研制方面已經(jīng)處于較為先進(jìn)的地位。從以上可以看出，光伏發(fā)電在全世界范圍內(nèi)有著及其廣泛的應(yīng)用，己逐漸成為光伏產(chǎn)業(yè)的重要支柱，具有良好的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)是一個(gè)土地面積廣闊、人口眾多，太陽(yáng)能豐富的國(guó)家，因而太陽(yáng)能的開發(fā)具有巨大的潛能。但由于我國(guó)在光伏發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展較晚，而且僅僅在部分領(lǐng)域擁有較多的應(yīng)用，因此我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)與國(guó)外相比還有一定的差距。但近些年，隨著我們國(guó)家對(duì)光伏并網(wǎng)型逆變器研究費(fèi)用的巨大投入，在逆變器研究方面我國(guó)有不少?gòu)S家已取得了優(yōu)良的成績(jī)，并且在市場(chǎng)也形成了一定的規(guī)模和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。與其他國(guó)家的相關(guān)企業(yè)相比，我國(guó)光伏產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)相對(duì)落后，市場(chǎng)規(guī)模較小，但光伏市場(chǎng)有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用空間，將給我國(guó)的光伏企業(yè)迎來(lái)前難得一見的發(fā)展機(jī)遇。在本論文中，首先我們介紹光伏并網(wǎng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，然后對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制原理進(jìn)行了分析與比較，并提出了以雙級(jí)式非隔離電壓型逆變器為核心的單相光伏并網(wǎng)逆變器的硬件電路的控制方法，對(duì)主電路中的元件參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與設(shè)計(jì)，最后對(duì)逆變電路進(jìn)行的仿真來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路和所選的參數(shù)進(jìn)準(zhǔn)確性。在設(shè)計(jì)結(jié)束后，我們對(duì)本論文的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)日后的相關(guān)工作進(jìn)行了展望。第二章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制策略在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，其原理是首先利用光伏陣列將其接收的光能轉(zhuǎn)化為電能，然后由升壓斬波電路將直流電壓升高后送入逆變器，經(jīng)逆變器作用后轉(zhuǎn)換為交流電。最后我們對(duì)所獲得電能進(jìn)行濾波處理后接入電網(wǎng)。在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選用不同的控制方式往往會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不同的效果。因此，本章主要通過對(duì)逆變器的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行分析，從而確定系統(tǒng)的控制方案。 逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，逆變器結(jié)構(gòu)的選擇是逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的部分，它的結(jié)構(gòu)和性能對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著決定性作用。因此，逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格謹(jǐn)慎，以下是光伏并網(wǎng)逆變器的分類。根據(jù)有無(wú)隔離變壓器可將逆變器分為隔離型和非隔離型兩種結(jié)構(gòu)，如圖21所示。圖21 光伏并網(wǎng)逆變器的分類 （1） 隔離型光伏并網(wǎng)逆變器 由上圖可知，隔離型可分為工頻隔離型和高頻隔離型兩種。其中工頻隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)如圖 22所示。其原理是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電能并入電網(wǎng)，所以它的主要功能是分配電能和把輸入和輸出電能隔離開來(lái)。其優(yōu)點(diǎn)是主電路結(jié)構(gòu)和控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電磁干擾小，維護(hù)方便，系統(tǒng)可靠性較高。但是體積龐大，安裝和運(yùn)輸難度大。圖22 工頻隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器是經(jīng)過兩次逆變成交流電的裝置。它是利用高頻方波逆變來(lái)提高變壓器的工作頻率，因此具有體積小、質(zhì)量輕、便運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是由于能量傳遞級(jí)數(shù)增多，導(dǎo)致能量損失較大。其結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。 圖23 高頻隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖 （2） 非隔離型并網(wǎng)逆變器 非隔離型并網(wǎng)逆變器的能量傳遞一般只有兩級(jí)，因此減少了變壓器在電磁轉(zhuǎn)換過程中的能量損失，可以有效提高光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)工作效率。它具有體積輕便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。按其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為單級(jí)和多級(jí)式兩種結(jié)構(gòu)，如圖 24所示。（a） 單級(jí)式非隔離型結(jié)構(gòu) （b）多級(jí)非隔離型結(jié)構(gòu)圖24 非隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)在上圖中，圖(a)是單級(jí)非隔離型結(jié)構(gòu)。光伏陣列是以逆變器為樞紐接入電網(wǎng)，而逆變器的工作頻率始終是50Hz。在電路結(jié)構(gòu)中缺少升壓電路，光伏陣列要想并入電網(wǎng)，就得使光伏陣列輸出的直流側(cè)電壓達(dá)到直接并入電網(wǎng)的電壓等級(jí)，否則就會(huì)可能在光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。 圖（b）是多級(jí)非隔離型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，它的功率變換功能是由DC/DC 升壓斬波電路和 DC/AC 逆變器組成的多級(jí)變換器實(shí)現(xiàn)的。而設(shè)計(jì)多級(jí)變換器的核心部分在于合理選擇 DC/DC 變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們從 DC/DC 變換器轉(zhuǎn)換電能的效率方面來(lái)考慮，一般選擇Buck 和 Boost 變換器。但Buck變換器的缺點(diǎn)是它屬于降壓變換器，不能升高直流側(cè)的電壓，只有大幅值的提高光伏陣列的輸出電壓等級(jí)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，同時(shí)會(huì)帶來(lái)更復(fù)雜的問題。而Boost 變換器剛好具有升壓功能，只需要適當(dāng)?shù)目刂品绞骄湍苁馆斎隑oost逆變器的電壓波動(dòng)很小，也能使光伏陣列輸出電壓趨于穩(wěn)定，從而提高最大功率點(diǎn)的跟蹤精度；因此Boost 變換器在多級(jí)非隔離型拓?fù)湓O(shè)計(jì)中是較為理想的選擇。根據(jù)逆變器的控制方式可將逆變器分為電壓控制型和電流控制型，如圖 25 所示。圖25 逆變器按照控制方式分類電壓控制型逆變器需要控制逆變器并網(wǎng)電壓與電網(wǎng)電壓同步，即頻率、幅值、相位相同。但由于該電路鎖相環(huán)節(jié)反映緩慢，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。而電流控制法是保持逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的同步，因此在光伏系統(tǒng)中經(jīng)常采用電流控制型結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上分析，我們選擇雙級(jí)式非隔離電壓型逆變器結(jié)構(gòu)作為本設(shè)計(jì)的主電路，前級(jí)升壓斬波電路采用Boost升壓斬波電路，后級(jí)逆變器選擇單相全橋逆變電路，前后兩級(jí)電路由DCLink連接起來(lái)，從而來(lái)保持輸出交流和電網(wǎng)電壓的同頻同相。 輸出電流控制方式在電流型輸出系統(tǒng)中，輸出電流的控制方式有SPWM電流跟蹤方式、SVPWM、電流滯環(huán)瞬時(shí)比較方式、復(fù)合控制和重復(fù)控制等。較常用的電流控制方法有：SPWM正弦波脈寬調(diào)制電流跟蹤方式、SVPWM空間矢量脈寬調(diào)制、電流滯環(huán)瞬時(shí)比較方式等[4]。 SPWM電流跟蹤方式SPWM電流跟蹤方式又被稱為三角波比較法，其原理首先將電網(wǎng)實(shí)際電流值與給定電流參考值作比較，并將其結(jié)果通過PI調(diào)節(jié)輸出后與三角波進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生PWM波。其結(jié)構(gòu)如圖26所示。圖26 SPWM電流跟蹤方式在上圖中，我們通常采用改變?nèi)遣ㄝd波頻率來(lái)調(diào)整輸出波形。由于在該方式中的開關(guān)頻率是一個(gè)定值，這給高頻濾波器的設(shè)計(jì)省去了很多不必要的環(huán)節(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是輸出電流穩(wěn)定，所含諧波成分較少。瞬時(shí)值電流滯環(huán)比較控制方式是一種經(jīng)常使用的電流跟蹤控制方式，應(yīng)用十分廣泛。其原理如圖27所示。圖27 電流滯環(huán)瞬時(shí)比較方式在上圖中，是滯環(huán)比較器的環(huán)寬，是給定電流，是實(shí)際電流。首先將電流參考值與實(shí)際值作比較，然后通入滯環(huán)比較器，將其輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)后來(lái)控制主電路中開關(guān)的通斷，從而控制實(shí)際電流的變化。該比較控制方式具有以下特點(diǎn)：，但濾波電路復(fù)雜。，輸出的電流中含較多高次諧波。，屬于實(shí)時(shí)控制方式。 SVPWM電流控制方式 SVPWM是近期發(fā)展的一種新的控制方式，在該領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。它是利用空間電壓矢量變換來(lái)實(shí)現(xiàn)完成對(duì)電路的控制。其優(yōu)點(diǎn)是即使開關(guān)頻率較低時(shí)逆變器輸出也能獲得較好的性能。綜和以上幾種控制的優(yōu)缺點(diǎn)，由于SPWM控制方式能明顯降低高次諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾，從而能夠有效提高逆變器并網(wǎng)電能的質(zhì)量。所以在本設(shè)計(jì)中我們選擇SPWM電流控制方式。 最大功率點(diǎn)跟蹤 最大功率點(diǎn)跟蹤控制的原理是對(duì)某時(shí)刻的功率進(jìn)行測(cè)量，并且與峰值點(diǎn)進(jìn)行比較，經(jīng)過對(duì)電流或電壓的調(diào)整促使輸出功率盡可能與最大功率保持一致。以此來(lái)提高系統(tǒng)的工作效率。但在實(shí)際情況中，由于電池工作的輸出功率會(huì)隨著電流、電壓、光照、溫度等因素的改變而變化，所以我們采用最大功率算法來(lái)提高電能的轉(zhuǎn)換效率。通常太陽(yáng)池的最大功率點(diǎn)跟蹤的常用方法有：擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、基于平均功率的變步長(zhǎng)算法。 （1）擾動(dòng)觀察法擾動(dòng)觀察法是一種常用的動(dòng)態(tài)追蹤方法，它的原理是是給出一個(gè)擾動(dòng)值，并將此時(shí)太陽(yáng)能電池的輸出功率P1與之前的輸出功率P0作比較，如果輸出功率增加，即△P＞0，表明擾動(dòng)方向準(zhǔn)確，則按原方向調(diào)整；如果輸出功率減小，即△P＜0，表明擾動(dòng)的方向錯(cuò)誤，則按與原方向相反的方向調(diào)整，如圖28所示。圖28 擾動(dòng)觀察法示意圖 該方法的優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，輸出電壓調(diào)節(jié)靈活，太陽(yáng)能電池發(fā)電利用效率較高。但其缺點(diǎn)是由于存在擾動(dòng)電壓，在最大點(diǎn)跟蹤過程中會(huì)有功率損失，而且當(dāng)外界條件變化時(shí)不能快速跟蹤到另一最大功率點(diǎn)。（2）電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)增量法是通過檢測(cè)太陽(yáng)能電池的等效導(dǎo)納增量來(lái)確定最大功率點(diǎn)。該方法能夠詳細(xì)地判斷出最大功率點(diǎn)電壓和實(shí)際電壓的聯(lián)系。由最大功率點(diǎn)知：