??0 引言 ??當今社會，能源已成為制約世界經(jīng)濟發(fā)展的關鍵問題之一。解決能源問題的根本辦法是開發(fā)利用環(huán)保型的新型可再生能源，如太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等。歐洲、美國在這方面已經(jīng)相繼走在了世界的前列，如德國萊比錫市已建成世界上功率最大的太陽能發(fā)電站并正式并網(wǎng)發(fā)電。 ??分布式發(fā)電的研究成???進一步為太陽能等新型能源的利用帶來了新的概念。分布式發(fā)電可以簡單理解為一種單臺中小功率、大規(guī)模的發(fā)電方式。例如最近討論熱烈的“屋頂計劃”——每家每戶都利用屋頂太陽能板，成為獨立的發(fā)電個體，再通過數(shù)量形成規(guī)模效應。 ??而分布式發(fā)電需要有一種能將能量反饋到電網(wǎng)的電力電子接口裝置，我們通常稱之為并網(wǎng)逆變器。由于該逆變器在整套設備中具有關鍵作用，如何提高其性能以滿足能量傳輸和電能質量的要求已成為近年的研究熱點。 ??本文介紹了一種基于電壓矢量圖計算的倍頻式電壓型單相并網(wǎng)逆變器，通過DSP控制系統(tǒng)實現(xiàn)了間接電流控制，保證了單位功率因數(shù)。具有控制簡單，穩(wěn)定性好，電網(wǎng)諧波污染小等優(yōu)點，特別適用于中小功率的分布式并網(wǎng)發(fā)電的應用場合。 ??1 主電路結構 ??根據(jù)采用隔離變壓器的類型，并網(wǎng)逆變可分為低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變、高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變以及非隔離型并網(wǎng)逆變［3］。低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器采用工頻變壓器作為與電網(wǎng)的接口，電路結構簡潔、效率較高，但缺點是變壓器體積和重量大、音頻噪音大，并不適合分布式發(fā)電的場合；而非隔離型并網(wǎng)在一些國家禁止使用，因此，本文采用直接掛在電網(wǎng)上運行的高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器，單相全橋主電路如圖1所示。 ?? ??圖2為其理想電路模型。 ?? ??圖1中，Ud為并網(wǎng)逆變器的直流輸入電源。Ud通過高頻鏈DC／AC逆變技術將初級電源（如太陽能電池等）提供的低壓直流電變換為質量較高的高壓交流電。US、UL和UN分別為逆變器輸出電壓、電感L端電壓和電網(wǎng)電壓有效值。電感L除了濾除高頻諧波外，還兼有平衡逆變器和電網(wǎng)之間電壓差的作用。 ??2 間接電流控制策略分析 ??作為并網(wǎng)用逆變器，其理想狀態(tài)是輸出功率因數(shù)λ=1，即網(wǎng)側電流iN無畸變且與電網(wǎng)電壓UN相位一致，這樣回饋到電網(wǎng)的只有有功功率。根據(jù)圖2等效模型，忽略電感電阻和線路電阻所得的電壓矢量圖如圖3所示。 ?? ??設輸入功率為P，由圖3可知 ?? ??從而有 ?? ??另外，輸出電壓滿足 ?? ??對于SPWM逆變器來說，輸出電壓基波滿足 ?? ??式中：m為調制比。 ?? ??可見，當UN和L值一定的情況下，根據(jù)所給定的功率P和并網(wǎng)輸出電流，IN，可通過式（2）和式（5）唯一確定US相對于UN的超前角φ和SPWM的調制比m，從而達到控制輸出電壓Us的幅值和相位，并最終調整并網(wǎng)輸出電流iN的目的。此外，在US動態(tài)調整的過程中，為保證單位功率因數(shù)，輸出電壓向量的改變值應該使得電感上的壓降UL始終超前電網(wǎng)電壓并與之正交，如圖3中虛線所示。 ??由上面分析可知，若取流經(jīng)L的輸出電流iL為狀態(tài)變量，且考慮到電感和線路等效電阻r，可得該并網(wǎng)逆變器數(shù)學模型的Laplace表達式為 ?? ??當逆變器開關頻率較高時，忽略開關器件和死區(qū)的影響，則逆變器可以近似等效為一個放大環(huán)節(jié)KPWM，從而有間接電流PI閉環(huán)控制框圖如圖4所示。 ?? ??3 控制系統(tǒng)硬件設計 ??本實驗設計的高頻并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)硬件框圖如圖5所示。 ?? ??包括TMS320LF240 DSP控制核心、電壓電流檢測、控制與保護、驅動、控制電源以及人機界面5部分。 ??電壓電流檢測電路與保護電路須與主電路保持隔離。因此，電網(wǎng)電壓的檢測通過工頻采樣變壓器實現(xiàn)；電感電流通過霍爾元件得到。 ??電網(wǎng)同步信號檢測電路如圖6所示。 ?? ??降壓變壓器輸出的電網(wǎng)信號經(jīng)過同步檢測電路后輸出相位和頻率與電網(wǎng)電壓相同的方波信號，最終利用DSP捕捉單元來實現(xiàn)簡單鎖相。DSP中斷程序的軟件濾波進一步保證了檢測的可靠性。 ??直流電壓檢測電路如圖7所示， ?? ??采用線性光耦來達到采樣和隔離的目的，則有