【正文】 公用電網(wǎng)電壓。雙極性PWM逆變器原理如下：在UrUc時(shí)，VT1和VT4導(dǎo)通，VT2和VT3關(guān)斷，U0﹦Ud；在UrUc時(shí)，VT2和VT3導(dǎo)通，VT1和VT4關(guān)斷，U0﹦Ud。在Ur處于正半周時(shí)，VT1導(dǎo)通，VT2關(guān)斷。通過(guò)運(yùn)算就可得出在等時(shí)間間隔中正弦波與坐標(biāo)軸所圍成的面積，并且都存在一個(gè)幅值為Ud的矩形電壓脈沖來(lái)替代與其相對(duì)應(yīng)的的正弦波部分。本章主要包括并網(wǎng)逆變器的分類和并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，光伏電池原理及數(shù)學(xué)模型，Boost升壓電路和逆變器的原理，最大功率點(diǎn)跟蹤模塊的原理等內(nèi)容，并對(duì)本文用到的爬山法最大功率跟蹤技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，經(jīng)過(guò)論證本文選用了兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這里第一步首先將當(dāng)前輸出功率值（現(xiàn)時(shí)功率）P2與上一時(shí)刻記憶功率值P1進(jìn)行比較并進(jìn)行判斷：若功率增加（即P2 P1），則可按輸入的此變化方向繼續(xù)變化一個(gè)?V；若功率減少，則向其變化的反方向變化一個(gè)?V。因此為了讓負(fù)載消耗的功率最大，將式（）兩端分別對(duì)Ro進(jìn)行求導(dǎo)，得 （）顯然當(dāng)上式為0時(shí)，PRo是連續(xù)變化的，在時(shí)間很短時(shí)將其特性近似為線性的是可行的。圖 早期的并網(wǎng)逆變發(fā)電中存在著能量轉(zhuǎn)換效率低、輸出不穩(wěn)定等問(wèn)題。則有： （）化簡(jiǎn)得， （）如果將電路中的損耗忽略不計(jì)，則負(fù)載消耗的電能只是由電源提供，即： （）單相全橋逆變電路的原理圖如圖 ，它一共有 4個(gè)橋臂，其中1個(gè)可控器件和1個(gè)反并聯(lián)二極管組成一個(gè)橋臂，每一個(gè)半橋電路又由上下兩個(gè)橋臂組成，2個(gè)半橋電路組合成一個(gè)全橋逆變電路。當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)，因?yàn)殡姼芯邆溆须娏鞅３值墓δ埽鹘?jīng)電感的電流并不會(huì)立刻減小為0，而是會(huì)從充電完成時(shí)電流大小的值緩慢的減小到0。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在已知光伏電池電壓V時(shí)，可通過(guò)式（）得到對(duì)應(yīng)的電流： ()式中： () () () () ()其中，——在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，光伏電池短路時(shí)的電流（A）；——在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，光伏電池開路時(shí)的電壓（V）；——最大功率點(diǎn)的電流（A）；——最大功率點(diǎn)的電壓（V）；——電流變化溫度系數(shù)（）；——電壓變化溫度系數(shù)（）；、——在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，光照強(qiáng)度和電池溫度的值，通常取為，；——光伏電池的串聯(lián)電阻（Ohms）；在任意光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度Ta（℃）下，光伏電池溫度Tc（℃）為： （）式中，S——光伏電池板面上的受到的光照強(qiáng)度(kW/m2)；tc——光伏電池組件的溫度系數(shù)()，；Ta——環(huán)境溫度（℃）；Tc——光伏電池結(jié)溫（℃）；從以上公式看出，通過(guò)光伏電池上的總光照輻射量和光伏電池的工作溫度可直接計(jì)算出此等條件下太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)可以大大提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。從可靠性方面來(lái)分析，復(fù)雜程度的增高會(huì)使系統(tǒng)可靠性會(huì)隨之降低，所以這種結(jié)構(gòu)可靠性并不高。根據(jù)變壓器的有無(wú)可將并網(wǎng)逆變器分為隔離型并網(wǎng)逆變器和非隔離型并網(wǎng)逆變器兩大類，根據(jù)其工作頻率的高低又可以將隔離型并網(wǎng)逆變器逆變器分為高頻隔離型和工頻隔離型[22]。因此本文選用了全橋逆變電路作為系統(tǒng)的逆變部分。2. 基于SPWM控制算法的光伏逆變系統(tǒng)仿真模型建立 建立以DC/AC變換和PWM調(diào)制策略為特點(diǎn)的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制光伏逆變系統(tǒng)仿真模型；3. 光伏逆變系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析通過(guò)具體應(yīng)用系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)建模和控制方法的可行性與正確性。國(guó)內(nèi)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的研究主要集中于最大功率點(diǎn)跟蹤和逆變部分兩級(jí)互相獨(dú)立的能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)[19]。Satcon公司開發(fā)的光伏逆變器也具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能主要應(yīng)用于中、大功率范圍。但隨著多逆變器廣泛應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，使防孤島效應(yīng)的難度有所提升，這將是未來(lái)開發(fā)多逆變器亟待解決的難題。盡可能的減小能量的損耗且降低系統(tǒng)的成本，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用了并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)電池組件中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)相匹配的同頻同相的交流電,并直接將交流電輸入電網(wǎng)中,省去蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過(guò)程,可充分利用光伏所發(fā)的電能。1024焦耳，如果這些能量的十萬(wàn)分之一能轉(zhuǎn)變?yōu)楸蝗藗兎奖憷玫碾娔?，就基本上能滿足了目前全世界的用電需求[6]。但全球能源的消費(fèi)依舊是以不可再生的化石燃料為主，這導(dǎo)致化石能源枯竭來(lái)臨的那一天日益臨近，能源使用引發(fā)的生態(tài)污染也日益加重，這將是未來(lái)繼續(xù)困擾人們的一大問(wèn)題[3]。為了提高系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，論文設(shè)計(jì)了一種輸出電壓隨溫度光照改變的光伏電池模型，提出了一種基于Boost升壓變換器的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制策略，并且將正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（SPWM）應(yīng)用于逆變器控制。并且伴隨“智能電網(wǎng)”理論的興起，分布式電力系統(tǒng)正日益受到關(guān)注，光伏逆變系統(tǒng)作為分布式電力系統(tǒng)的一種重要形式，使得對(duì)該領(lǐng)域的研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。目前世界資源消耗在逐年遞增，其特點(diǎn)可以用以下兩點(diǎn)概括為：一是發(fā)達(dá)國(guó)家放慢了對(duì)能源需求的速率，而發(fā)展中國(guó)家尤其是亞太地區(qū)的卻加快了對(duì)能源消費(fèi)的速率。如今國(guó)際局勢(shì)風(fēng)云變幻，我國(guó)在能源的依存等國(guó)家安全保障工作方面將面臨著巨大的挑戰(zhàn)[5]。逆變技術(shù)是光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的核心[8]。而逆變器就應(yīng)能使光伏陣列的輸出電壓逼近于最大功率點(diǎn)處的電壓[13]。當(dāng)前SMA公司上市的相關(guān)產(chǎn)品主要有組串逆變器，集中逆變器和多支路逆變器等三個(gè)系列，其中SB(Sunny Boy)系列以轉(zhuǎn)換效率高，功率因數(shù)高，諧波失真低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)企業(yè)雖已研究多年具備一定的規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)力，但在核心技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模上與國(guó)外企業(yè)相比仍具有很大差距[18]。從技術(shù)方面來(lái)看，小功率逆變器的技術(shù)國(guó)內(nèi)外基本處于同一水平。為了保持直流側(cè)串聯(lián)的兩個(gè)電容電壓相等，半橋逆變電路一般通過(guò)添加兩個(gè)等值電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器應(yīng)用于功率比較小的逆變電源中。與電壓型并網(wǎng)逆變器相比，直流側(cè)串接一個(gè)電感而不是并聯(lián)電容，逆變器輸出端采用LC濾波器來(lái)濾除輸出電流中的高頻諧波。所以此結(jié)構(gòu)常用于系統(tǒng)的整體功率比較大的場(chǎng)合。因此在功率比較小光伏發(fā)電場(chǎng)合中，此類逆變器應(yīng)用廣泛。光伏電池的發(fā)電原理基于半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，電池的輸出特性隨光照強(qiáng)度S和環(huán)境溫度T變化而變化。將所得Vmax代入式(21)，得Imax， （）從而最大功率為 （）Boost電路中通過(guò)控制開關(guān)管Q1的閉合與關(guān)斷，光伏電池產(chǎn)生的直流電壓經(jīng)過(guò)升壓處理由Vpv升高到Vdc，： Boost電路圖升壓斬波電路的升壓過(guò)程主要有兩個(gè)部分，一個(gè)是充電過(guò)程，另一個(gè)是放電過(guò)程。在開關(guān)管T處在通態(tài)的時(shí)候，光伏電池釋放的電能流經(jīng)電感L，L進(jìn)行充電過(guò)程，充電電流基本恒定為iL，因?yàn)殡娙軨值很大，可以將輸出電壓U0基本保持為恒定值。當(dāng)電流下降為0時(shí)，開關(guān)管TT3導(dǎo)通，流經(jīng)電感的電流反向，逆變器輸出端輸出電壓U0﹦Ud。為了確定光伏陣列以最大功率狀態(tài)輸出的須滿足的條件，下面以帶直流性負(fù)載的發(fā)電系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，交流負(fù)載也同樣適用。 爬山法爬山法可理解為一種自尋優(yōu)的控制過(guò)程，它的控制思想是：第一步，得出光伏陣列輸出端的電壓、電流信號(hào)，并利用乘法器將兩者相乘得到此刻的功率（現(xiàn)時(shí)功率），第二步，將此刻的功率（實(shí)時(shí)功率）與前一時(shí)刻的功率（記憶功率）進(jìn)行對(duì)比，利用對(duì)比之后的結(jié)果判斷電壓的增減[29]。此理論也稱沖量等效原理，SPWM理論正是基于這一原理[31]。當(dāng)采用單極性調(diào)制方式時(shí)，在正弦波的半個(gè)周期內(nèi)系統(tǒng)逆變電壓的極性不發(fā)生變化，在開關(guān)切換的過(guò)程中，逆變輸出電壓先變?yōu)榱?，電流通過(guò)主電路中的二極管續(xù)流。而當(dāng)UrUc時(shí)，VT4關(guān)斷，VT3導(dǎo)通，此時(shí)，U0﹦0。光伏逆變并網(wǎng)系統(tǒng)的作用是將光伏電池組件發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為正弦交流電，然后轉(zhuǎn)換過(guò)的正弦交流電流入公用電網(wǎng)從而向電網(wǎng)供電。上一節(jié)己經(jīng)分析了并網(wǎng)逆變器工作時(shí)的等效電路圖和并網(wǎng)矢量圖，光伏并網(wǎng)逆變器中逆變部分將矢量圖中的電流IL作為了系統(tǒng)控制的關(guān)鍵量，要實(shí)現(xiàn)對(duì)電流控制的目的，主要有兩種方法：一種是通過(guò)控制逆變器輸出端的電壓來(lái)間接控制IL，我們稱此為間接電流控制；另一種是直接控制IL，從而完成對(duì)逆變器交流側(cè)電流和功率因數(shù)控制的目地，我們稱其為直接電流控制。瞬時(shí)值反饋是直接電流控制最顯著的特點(diǎn)，根據(jù)跟蹤方法的不同，又可將直接電流控制分為電流滯環(huán)控制，三角波比較控制，定時(shí)瞬時(shí)比較控制。逆變電路中開關(guān)管的工作頻率和輸出電流的頻譜都是固定的，濾波器設(shè)計(jì)比較容易，因此這類方法使用較多。用復(fù)頻域方法來(lái)分析式（），可得： ()其中 ()即為濾波器傳遞函數(shù)。C)，最大功率Pm為120W。 逆變器輸出的SPWM波形，逆變器成功運(yùn)轉(zhuǎn)，在濾波器的作用下，并網(wǎng)電流中的大部分諧波已經(jīng)成功濾去。這兩個(gè)任務(wù)是通過(guò)在功率調(diào)節(jié)單元中的控制器執(zhí)行的。光伏（PV）分散發(fā)電已收到大量來(lái)自政府的金融支持。在最近的 [912]中，組合式的解決方案已被提出。2 光伏模塊的動(dòng)態(tài)控制。–V特性和三個(gè)不同P值下的功率曲線。類似地，輸出功率會(huì)減少并且下降至零。由于新的輸入功率大于舊的輸入功率，以及系統(tǒng)仍然處在穩(wěn)定的區(qū)域，參考功率再次增加。為了降低獲取功率并且盡可能快地防止電壓崩潰，在這種情況下不會(huì)添入延遲時(shí)間?！癲elay2”模塊的目的在于在間隔等于電路持續(xù)的時(shí)間內(nèi)允許工作點(diǎn)回到一個(gè)穩(wěn)定解處。幅值由變壓器的匝數(shù)比N2/N1和初級(jí)橋的占空比確定。電網(wǎng)電壓波形使用一個(gè)輸出與一個(gè)比較器和一個(gè)模擬乘法器相連的運(yùn)算放大器測(cè)量。在電網(wǎng)電壓的每半周期中只有一個(gè)觸發(fā)器是啟用的。例如考慮Pmax =100W，ω=100π，和一個(gè)400 V的直流母線電壓。電流傳感器包括一個(gè)精密電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器。最大開關(guān)頻率約為200kHz。它是眾所周知，溫度升高時(shí)太陽(yáng)能板的電壓降低功率也下降。將該系統(tǒng)在陽(yáng)光改變的戶外條件測(cè)試，即晴朗并且多云的天氣。[5] Enslin, ., Wolf, ., Snyman, ., and Swiegers, W.:‘Integrated photovoltaic maximum power point tracking converter’, IEEE Trans. Ind. Electron., 1997, 44, (6), pp. 769–773.[6] Hussein, ., Muta, I., Hoshino, T., and Osakada, M.: ‘Maximum photovoltaic power tracking: an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions’, IEE Proc., Gener., Transm., Distrib., 1995, 142, (1), pp. 59–64.[7]Midya, P., Krein, ., Turnbull, ., Reppa, R., and Kimball, J.:‘Dynamic maximum power point tracker for photovoltaic applications’, IEEE Power Electron. Spec. Conf. Rec., 1996, 2, pp. 1710–1716.[8] Calais, M., Myrzik, J., Spooner, T., and Agelidis, .: ‘Inverters for singlephase grid connected photovoltaic systems – and overview’。 5結(jié)論最大功率點(diǎn)跟蹤算法和輸入電網(wǎng)功率控制作為一個(gè)的單一的控制單元已被提出，其將與電網(wǎng)連接光伏電池的動(dòng)態(tài)特性考慮了進(jìn)去。逆變器A和B在開啟的空閑時(shí)間內(nèi)分別有為8和5s的上升時(shí)間。這些被標(biāo)記為A和B。一個(gè)ATtiny15控制橫跨在DC鏈路上的Cf電壓平均值為400V。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因?yàn)檫@個(gè)電流正好與電網(wǎng)電壓同相，功率輸出Pout可以表示為: ()其中P0為輸入平均功率和ω為電網(wǎng)頻率，單位為弧度/秒。該乘法器還有一個(gè)來(lái)自數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的輸入，轉(zhuǎn)換器設(shè)置正弦模板的振幅從而產(chǎn)生參考電流。這個(gè)電壓放大器的輸出連接一個(gè)由電感Lf和電容Cf組成的濾波器，濾波器具有隔離兩個(gè)不同逆變器電壓和電流中高頻分量的作用，即從電壓放大器到電網(wǎng)耦合轉(zhuǎn)換器。3 交流光伏模塊的并網(wǎng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)一般包括兩個(gè)基本階段：電壓放大和電網(wǎng)耦合。這種狀態(tài)下S=1，并且整個(gè)過(guò)程是重復(fù)的。這增量階段一直持續(xù)到達(dá)到最大功率點(diǎn)（MPP）之后。穩(wěn)定吸引力的區(qū)域在本例中可以被定義為： ()式中x=[vpv ipv]T。此外，對(duì)于任意P＞Pmax沒(méi)有真正的解決方案和工作點(diǎn)，[vpv ipv]，就像下面部分的解釋的那樣將加速短路。雖然瞬時(shí)注入電網(wǎng)的功率是波動(dòng)的，當(dāng)一個(gè)足夠大的電容器Cin用于減弱振蕩時(shí)，從光伏陣列出