1 绪论 (1)1.1 DC/AC逆变器的基本概念 (2)1.2 逆变器的分类和用途 (3)1.2.1 逆变器的基本分类 (3)1.2.2 逆变器的用途 (4)1.3 DC/AC逆变器的发展背景和发展方向 (4)1.3.1 DC/AC逆变器的发展背景 (4)1.3.2 DC/AC逆变器的发展方向 (5)2 逆变器的主电路研究 (6)2.1逆变系统基本工作原理 (6)2.2 SPWM波的生成原理及控制方法分析 (6)2.2.1 PWM控制的理论基础 (7)2.2.2 PWM逆变电路及其控制方法 (8)2.3 逆变器的主电路分析 (10)2.3.1 低频环节逆变技术逆变器 (10)2.3.2 高频环节逆变技术 (13)3 小功率光伏并网系统的逆变器设计 (15)3.1光伏发电的发展现状及前景 (15)3.1.1 国外光伏发电现状及前景 (15)3.1.2 国内光伏发电现状及前景 (16)3.2 并网逆变器的拓扑 (16)3.2.1低频环节并网逆变 (17)3.2.2 高频环节并网逆变 (18)3.2.3非隔离型并网逆变 (18)3.3 小功率光伏并网逆变器的设计 (19)3.3.1 小功率光伏并网逆变器的工作原理 (19)3.3.2系统控制方案 (20)3.3.3 TMS320F240软件控制流程 (25)3.3.4系统保护 (26)4 光伏并网逆变器的控制策略研究 (28)4.1 输出控制方式 (28)4.2 输出电压控制策略 (28)4.3 输出电流控制策略 (29)4.4 控制策略的选择和参考电流的确定 (30)5总结 (32)1 绪论1.1 DC/AC逆变器的基本概念随着石油、煤和天然气等主要能源的大量使用，新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。
利用新源的关键技术—逆变技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其它新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电。
因此，逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。
现代逆变技术是建立在半导体器件、变流技术、电子技术、现代控制技术、现代电力电子技术等学科基础之上的，研究现代逆变电路的理论和应用的一门科学技术。
逆变(DC/AC)就是把直流电变成交流电的过程，完成此功能的电路则称为逆变电路，实现此过程的装置叫做逆变设备或逆变器，它与整流是相对应的概念。
它应用功率半导体器件，将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能，供交流负载用电或与交流电网并网发电。
一般由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR、GTO、GTR、IGBT和功率MOSFET模块等)的开通和关断作用，来把直流电能变换成交流电能的，因此是一种电能变换装置。
由于是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，因此转换效率比较高。
但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。
而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，因此如何利用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆变器输出正弦波和准正弦波就成了DC/AC逆变器技术发展中的一个主要问题。
DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。
采用逆变技术是为了获得不同形式的电能，具有很多的优点：(1)灵活调节输出电压或电流的幅度和频率，如交流电动机的变频调速；(2)将直流电转换成交流电或其他形式的直流电，如DC/DC变换器；(3)减小用电设备的体积和重量，节省材料；(4)高效节能：(5)动态响应快，控制性能好，电气性能指标好；(6)保护快；1.2 逆变器的分类和用途1.2.1 逆变器的基本分类常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：按照相数分类，可以分为单相和三相；按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。
具体如图1-1：图1-1 逆变器分类Fig.1-1 Inverter Categories DC/AC 逆变器按拓扑结构划分，分为Buck 型DC/AC 逆变器，Boost 型DC/AC 逆变器，Buck-Boost 型DC/AC 逆变器。
按其转换频率的快慢又可以分为低频环节逆变技术和高频环节逆变技术。
传统的DC/AC 逆变器采用低频环节逆变技术，主要有方波逆变器、阶梯波合成逆变器、正弦脉宽调制SPWM 逆变器。
高频环节逆变技术为了克服低频环节逆变技术的缺点，Mr.Espclagc 于1977年提出了可变高频环节逆变技术新概念。
该系统由一个并联逆变器和十二个晶闸管组成的周波变换器构成，具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能力等优点。
目前高频DC/AC 逆变技术主要有：单向电压源高频环节逆变技术、双向电压源高频环节逆变技术、电流源高频环节逆变技术、直流变换器逆变器型高频环节逆变技术。
1.2.2 逆变器的用途随着电力电子技术的高速发展，大量大功率开关器件相继出现，电力电子技术可以满足各行各业对逆变技术的需求，逆变技术的应用领域越来越广泛：(1)以直流发电机、蓄电池为主的直流电源的逆变场合；(2)不间断交流电源的供电场合；(3)新能源的开发和利用，太阳能、风能等可再生能源的并网逆变场合；(4)开关稳压电源和专用电源，开关稳压电源有良好的稳压性能、体积小、重量轻；(5)交流电动机的运动控制场合。
变频调速技术在许多场合有广泛应用，如机床、风机、机车牵引、电梯、空调等；逆变技术应用领域广泛，除了上面介绍的几点外，还可用于航天、化工、工业控制、机器人、军工等众多领域。
1.3 DC/AC逆变器的发展背景和发展方向1.3.1 DC/AC逆变器的发展背景现代电力电子技术的发展方向，是从以低频处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代的电力电子学方向转变。
电力电子技术起始于二十世纪五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代。
DC-AC逆变理论和技术也在不断进步中。
一般认为，DC-AC逆变器的发展可以分为如下两个阶段：1956-1980年为传统发展阶段。
这个阶段的特点是：开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加为主，体积重量较大，逆变效率低。
正弦波逆变器开始出现。
1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。
这期间的1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小、效率最优、转矩脉动最小等。
1980年到现在为高频化新技术阶段。
20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。
80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了多种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应晶体管Power MOSFET，绝缘门极晶体管IGT或IGST，静电感应晶体管SIT，静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管MCT，MOS晶体管MGT、IEGT 以及IGCT等。
这就使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。
在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷，特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。
这个阶段的特点是：开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM法为主，体积重量较小，逆变效率高。
正弦波逆变器技术发展日趋完善。
今后，随着工业和科学技术的发展，对电能质量的要求将越来越高，包括市电电网在内的原始电能的质量可能满足不了设备的要求，必须经过电力电子装置变换后才能使用，而DC/AC逆变技术在这种变换中将起到重要的作用。
1.3.2 DC/AC逆变器的发展方向(1)大功率开关器件的研发大功率开关器件及其应用技术是现代逆变技术发展的基础，大功率开关器件的发展进程。
主要表现在以下几个方面：①从强迫关断发展到自关断；②从中、小容量发展到大容量、超大容量；③开关频率从几kHz发展到近100MHz；④向集成化、多功能化的发展方向。
目前，MOSFET、IGBT、GTO、GTR等在逆变电路的开关器件的选用中占有优先地位，但SIT、SITH、MCT等新型开关器件正在研发和推广，必将取代MOSFET、IGBT、GTO、GTR等。
(2)提高逆变器的变换效率。
提高逆变器的变换效率，即降低逆变器的损耗。
逆变器的损耗主要包括开关损耗和驱动损耗。
驱动损耗是由功率开关管的栅极特性决定的，而开关损耗是由功率开关管的控制方式决定。
开关损耗是电压与电流波形的交叠而产生的，它随开关频率的提高而急剧增加。
当前，技术人员投入大量精力对软开关控制方式和软开关电路进行研究和实践，其目的之一就是要提高逆变器的变换效率，按控制方式，软开关技术可分为脉冲宽度调制、脉冲频率调制和脉冲移相调制三种控制方式.软开关技术研究重点为：新型的软开关控制方式；适用于不同软开关控制方式的控制电路的集成化；变换效率高的新型软开关电路。
(3)提高逆变器的工作可靠性和电磁兼容性。
2 逆变器的主电路研究2.1逆变系统基本工作原理DC/AC逆变器的基本工作原理，以单相全桥式为例。
DC/AC逆变有四种工作状态，如图2-1所示。
当处于正半波逆变时，状态如图所示，开关管T2截止，T4导通，开关管Tl输入为正弦脉宽调制(SPWM)信号，当T1导通时，T3截止；当开关管Tl截止时，T3导通，状态如图2-1(b)所示，电流流经负载，T4、T3形成回路，滤波电感释放能量。
当处于负半波逆变时，开关管T4截止，T2导通，开关管T3输入为SPWM信号，当开关管T3导通时，Tl截止，状态如图2-1(c)所示；当开关管T3截止时，Tl导通，状态如图2-1(d)所示，电流流经负载，Tl、T2形成回路，滤波电感释放能量，从而实现DC/AC逆变。
图2-1 DC/AC逆变器的基本工作原理图Fig. 2-1 DC/AC inverter fundamental operating principle2.2 SPWM波的生成原理及控制方法分析所谓脉宽调制(Pulse Width Modulation PWM)技术，就是在周期不变的条件下，改变脉冲波形的宽度(占空比)。
PWM技术是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
PWM控制技术一直是逆变技术的核心技术之一。
采用PWM方式构成的变换器，其输入为固定不变的直流电压，可以通过PWM 技术在同一变换器中既实现调压又实现恒频。
这种变换器，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、重量轻、可靠性高，又因为它集调压、恒频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好，此外，采用PWM技术不仅能提供较好的变换器输出电压和电流波形，而且提高了变换器对交流电网的功率因素。