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,，正得到迅速的推廣應用,。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,、相位等進行控制以實現(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)和設計。此外新型逆變器開關(guān)信號不需要設定死區(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)拓撲結(jié)構(gòu)并分析其工作原理的基礎上,，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行仿真驗證,，仿真結(jié)果證明理論分析的正確性和有效性。
2 電路拓撲結(jié)構(gòu)
電壓模式Z源型光伏并網(wǎng)逆變器(VMZSPVGI)電路拓撲如圖1所示,。
圖1中：CPV為光伏陣列儲能電容,，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,，VPN為逆變橋輸入電壓，S1～S4是主逆變器4個主開關(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,，可將電路分為Z源升壓子電路和全橋逆變子電路2個部分,。
3 工作原理
3.1 Z源網(wǎng)絡分析
為了分析方便，使Z源儲能網(wǎng)絡滿足對稱網(wǎng)絡條件，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,，當逆變橋開關(guān)器件的觸發(fā)驅(qū)動信號有足夠高的開關(guān)頻率時,，就可以不考慮防止橋臂直通的死區(qū)時間。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)當逆變器工作在非直通矢量狀態(tài)時,，可以等效電路如圖2(a)所示,；此時阻抗源輸入側(cè)二極管導通，因電感L1和L2的儲能作用,，對于逆變橋的輸入端口在1個開關(guān)周期相當于1個恒定電流源,。電壓平衡方程為：
其中，Vd,，VS,，VPN分別為Z源網(wǎng)絡二極管D處于通態(tài)時輸入端電壓、直流電源電壓和逆變橋路直流母線電壓,。
(2)當逆變器工作在直通零矢量狀態(tài)時,，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源儲能網(wǎng)絡的電感在一個開關(guān)周期中平均電壓為零，由式(3)和式(4)可得：
其中：T0+T1=T,；T0為一個開關(guān)周期中直通零狀態(tài)時間,；T1為一個開關(guān)周期中非直通狀態(tài)時間；T為開關(guān)周期時間,。
由式(5)得Z源儲能電容電壓為：
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)制擴展得到。單級性調(diào)制時,，2個橋臂的正弦載波相差180°,，即：
所以，在一個開關(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)管的導通時間增大,，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,。