摘要：Z源逆变器由于直通状态的存在可以将光伏阵列电压提升以满足并网要求。单周期控制为非线性控制，控制电路简单，控制效果好。本文在深入分析Z源逆变器及单周期控制的基础上提出了单周期控制Z源光伏并网系统，该控制策略实现了MPPT控制和逆变器并网控制。MATLAB SIMULINK验证了该控制策略的可行性与正确性。

　　关键词：Z源逆变器;单周期;光伏;最大功率跟踪

　　中图分类号：TM464 文章标识码：A

　　Abstract: Because of the existence of shoot-through zero state, the photovoltaic array voltage can be upgraded to meet the grid connected requirements by Z-source inverters. One-cycle control is nonlinear controlling method. The control circuit is simple, and the control performance is good .Based on analysis Z-source inverter and one-cycle control in-depth, the paper proposes the Z-Source PV grid-connected system controlled by one-cycle. The control method can track the maximum power point of PV array and transform power to the utility grid with a unity power factor simultaneously. MATLAB Simulation verifies its correctness and feasibility.

　　Key words: Z-source inverter;One-cycle control;photovoltaic;track the maximum power point 0引言

　　随着社会经济的高速发展，能源和资源的需求越来越大，人们的目光逐渐转向可再生能源的开发与应用。而光伏发电是一种公认的有良好发展前途的新能源技术。上世纪90年代后期世界上许多国家都制定了大力发展光伏产业市场的计划。近年来，光伏并网发电技术[1][2]以其高可靠、低成本、投资少、无污染、占地少等优点正越来越多地占据光伏市场的主导地位，成为新能源利用的典范。在整个光伏并网系统中，并网逆变器为系统的核心部件。本文通过对整个光伏并网发电系统进行研究，采用一种全新的Z源型逆变器[3][4]作为系统的硬件电路，同时将新型的非线性控制系统—单周期控制[5][6]和MPPT[1]算法应用到系统的控制中。提高了整个光伏并网系统的灵活性、可靠性并保证了并网电能的质量。

　　作者简介：廖文娟(1986—)，女，在读硕士

　　E-mail：wjliao1756@163.com

基金项目：江西省研究生创新基金 (YC09A090 )

　　1系统组成

　　并网逆变器是整个光伏并网系统[2]的核心：通过MPPT控制使系统工作在最大功

　　率点;通过对Z源直通占空比的控制将光伏模块输出电压进行升压;通过对三相桥开关管的控制将光伏阵列所发出来的直流电能转化为交流电，并通过对交流电的幅值、频率、相位的控制实现并网运行。系统的结构如图1所示，主电路有光伏阵列，Z源网络，三相逆变器，并网电感和电网构成。整个控制系统有两个环节：(1)MPPT控制使光伏阵列工作在最大功率点附近并产生Z源逆变器的直通脉冲;(2)单周期控制使Z源网络发出来的直流电能转化为交流电，并通过对交流电的幅值、频率、相位的控制实现并网运行。

　　图1 Z源光伏并网控制系统

　　Fig.1 the control system of Z-source PV grid connect 2 Z源逆变器的工作原理

Z源网络[4]是由两个电感量相同的电感，和两个电容量相同的电容，组合而成的二端口网络。Z源网络将直流电源与三相逆变桥耦合在一起构成了Z源逆变器。Z源逆变器的最大特点是可以实现直接升/降压功能。传统的电压源逆变器一共有八个基本工作状态，即6个有效状态和2个零矢量状态。而Z源逆变器则有一个独特的工作状态，即直通零矢量状态。这个状态在传统的电压源逆变器中是不允许的。而Z源逆变器正是利用这个状态来实现boost功能和抗电磁干扰能力。图2为Z源逆变器两种工作状态下的等效电路。

(a)直通状态等效电路 (b)非直通状态等效电路

　　图2 Z源等效电路

　　Fig.2 Equivalent circuit of Z-source

　　(1)当逆变器工作在如图2(a)所示的直通状态时可由图得：

(1)

　　(2)当逆变器工作如图2(b)所示的非直通矢量状态时可得：

(2)

　　由电感伏秒平衡特性得：

(3)

(4)

其中是由直通状态产生的增压因子，，直通占空比，有下面所要介绍的MPPT进行控制。

　　3单周期控制策略

为使单周期控制[6]更加简便，三相逆变器在6个区间内等效为双并联Buck型逆变器如图3所示。以第1区间为例来说明其控制原理。在[]内6个开关的动作如下：一直导通，同时和一直关断，控制开关和，使相电流和跟踪各自的相电压和，控制实现直通状态，由于三相电压对称及，，将自动跟踪。

图3 区间内逆变器等效电路

Fig.3 Equivalent circuit of GCI in the region of

　　表1 并网逆变器的控制实现

Tab.1 Control principle of OCC for three-phase PWM GCI 等效电压 等效电流 输出逻辑 区间 OFF ZT ON OFF ON ZT OFF OFF OFF OFF ZT ON OFF ON ZT OFF ZT ON OFF OFF OFF OFF ON ZT 三相PWM并网逆变器单周期控制的电路框图[6]如图4所示，将直通状态加在每个周期的后面，其控制过程如下：每个周期开始用时钟信号置为RS触发器使2个触发器的输出端和为高电平，和导通。当电流信号或和斜坡信号或触发器复位，Q端输出是低电平，开关和依次关断。当直通信号到来时，导通实现直通状态。以上讨论的是第1区间情况，分析可以扩展到整个周期内。表1为基于单周期控制的三相并网逆变器的控制法则(ZT表示直通矢量)。

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