1 引 言
太陽能作為一種新興綠色能源，以其永不枯竭,、無污染,、不受地域資源限制等優(yōu)點(diǎn)，正得到迅速的推廣應(yīng)用,。近二,，三十年來，太陽能光伏" title="光伏">光伏發(fā)電技術(shù)得到了持續(xù)的發(fā)展,，戶用分布式光伏并網(wǎng)" title="并網(wǎng)">并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)成為太陽能利用的主要方式之一,。并網(wǎng)逆變器" title="逆變器">逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件和關(guān)鍵技術(shù)，并網(wǎng)逆變器不僅可以將光伏陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為交流電,，而且可以對交流電的頻率,、電壓、電流,、相位等進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的并聯(lián)功能,。傳統(tǒng)的電壓源型逆變器(VSI)由于理論上的局限性，要求直流側(cè)的電壓高于交流側(cè),，因此需在光伏陣列和逆變器之間增加直流升壓環(huán)節(jié),，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。采用Z源型光伏并網(wǎng)逆變器可以使交流側(cè)輸出電壓高于直流側(cè)輸入電壓,，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì),。此外新型逆變器開關(guān)信號不需要設(shè)定死區(qū)，可有效減少輸出正弦波失真，并網(wǎng)電流的低諧波性,，可顯著減少對電網(wǎng)的污染,。本文在介紹Z源型光伏并網(wǎng)逆變器(VMZSPVGI)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并分析其工作原理的基礎(chǔ)上，采用有別于傳統(tǒng)PWM控制技術(shù)的無開關(guān)死區(qū)的PWM控制策略,，改善逆變器輸出電流的質(zhì)量,。利用Matlab軟件對新的控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果證明理論分析的正確性和有效性,。
2 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
電壓模式Z源型光伏并網(wǎng)逆變器(VMZSPVGI)電路拓?fù)淙鐖D1所示,。
圖1中：CPV為光伏陣列儲(chǔ)能電容，VPV為其兩端電壓,，D為反向隔離二極管,，L1、L2,、C1,、C2構(gòu)成Z型阻抗網(wǎng)絡(luò)，VPN為逆變橋輸入電壓,，S1～S4是主逆變器4個(gè)主開關(guān)器件,，Lo為輸出濾波電感，Vgrid為電網(wǎng)電壓,。根據(jù)VMZSPVGI的特點(diǎn),，可將電路分為Z源升壓子電路和全橋逆變子電路2個(gè)部分。
3 工作原理
3.1 Z源網(wǎng)絡(luò)分析
為了分析方便,，使Z源儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)滿足對稱網(wǎng)絡(luò)條件,，取電感L1，L2和電容C1,，C2滿足如下條件：
根據(jù)對稱與等效原理，有：
Z源型光伏并網(wǎng)逆變器,，當(dāng)逆變橋開關(guān)器件的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號有足夠高的開關(guān)頻率時(shí),，就可以不考慮防止橋臂直通的死區(qū)時(shí)間。因此根據(jù)VMZSPVGI是否為直通開關(guān)狀態(tài)將電路工作模式分為2種情況：
(1)當(dāng)逆變器工作在非直通矢量狀態(tài)時(shí),，可以等效電路如圖2(a)所示,；此時(shí)阻抗源輸入側(cè)二極管導(dǎo)通，因電感L1和L2的儲(chǔ)能作用,，對于逆變橋的輸入端口在1個(gè)開關(guān)周期相當(dāng)于1個(gè)恒定電流源,。電壓平衡方程為：
其中，Vd,，VS,，VPN分別為Z源網(wǎng)絡(luò)二極管D處于通態(tài)時(shí)輸入端電壓、直流電源電壓和逆變橋路直流母線電壓。
(2)當(dāng)逆變器工作在直通零矢量狀態(tài)時(shí),，等效電路如圖2(b)所示,；電壓平衡方程為：
穩(wěn)態(tài)條件下，根據(jù)直流電感壓秒平衡原則,，Z源儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)的電感在一個(gè)開關(guān)周期中平均電壓為零,，由式(3)和式(4)可得：
其中：T0+T1=T；T0為一個(gè)開關(guān)周期中直通零狀態(tài)時(shí)間,；T1為一個(gè)開關(guān)周期中非直通狀態(tài)時(shí)間,；T為開關(guān)周期時(shí)間。
由式(5)得Z源儲(chǔ)能電容電壓為：
在非直通矢量狀態(tài)下,，逆變橋路直流母線電壓對輸入電壓的增益B為：
對于電壓逆變單元,，交流輸出正弦電壓基波峰值與直流母線電壓的增益M為：
其中：vab為交流輸出電壓基波量。
因此對于整個(gè)VMZSPVGI,，可輸出調(diào)制正弦波電壓：
由式(9)可以看出,，通過控制逆變橋路的直通矢量占空比和正弦調(diào)制因子就可調(diào)節(jié)和控制滿足電網(wǎng)要求的交流電壓。
3.2 逆變橋的PWM控制
對于VMZSPVGI逆變橋的PWM控制,，可由常規(guī)電壓源型逆變器(VSI)的單級性PWM調(diào)制擴(kuò)展得到,。單級性調(diào)制時(shí)，2個(gè)橋臂的正弦載波相差180°,，即：
所以,，在一個(gè)開關(guān)周期中，a,，b兩橋臂的開關(guān)函數(shù)狀態(tài)為零狀態(tài){0 0},；非零狀態(tài){1 0}；零狀態(tài){1 1},；非零狀態(tài){1 0),；零狀態(tài){0 0}。
VSI逆變器的功率管橋臂S1,，S2的調(diào)制參考信號ua和功率管橋臂S3,，S4的調(diào)制參考信號ub為：
對于VMZSPVGI的PWM調(diào)制，當(dāng)調(diào)制信號為umax=max(ua,，ub),，為了在零矢量過程加人直通狀態(tài)占空比，必須將功率管上橋臂開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間增大,，而功率管下橋臂開關(guān)管保持不變,，即：
式中，sx為開關(guān)管S1,，S3,，sy為開關(guān)管S2，S4。