光伏并网逆变器控制和仿真
摘 要：为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆
变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在
仿真软件
PSCAD 中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确
性和控制策略的可行性。
关键词：太阳能光伏发电系统；
太阳能电池组件； 并网变换器； PSCAD
近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变
换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风
能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光
伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有
最大功率跟踪（
MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸
变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达
92%以上，可并机运行。
逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至
关重要。
1 逆变器原理
该设计为大型光伏并网发电系统，据文献［
1］所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆
变器结构，如图
1 所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和
隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽
然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低
EMI 的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性
的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，
逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻重的作用，决定着光伏发电
系统的投资和收益。市场主流光伏变换器大都采用电压源型变换器，因为光伏电池的电流源
输出特性，所以为满足光伏电池的直流端电压可能大幅度变化的特性，都采用二级变换的
技术方案，这导致变换效率的降低。大功率电流源变换技术因为强迫断流缓冲电容的高价，
低可靠性，使电流源型变换器的应用受到限制。注入式电流源型变换器的直流侧电流电压全
控特性，使光伏电池发出的直流电仅经一级变换就可以完成，这一的特性使电流源型变换
器有可能成为高效的光伏变换技术方案。
传统的逆变器通常也称为两电平变换器，并网逆变器一般使用桥式电路，这种拓扑结
构比较简单。太阳能光电池具有电流源型特性，光伏阵列串联大电感后相当于电流源，以这
种方式并接入电网，称为电流源并网。为改善并网电流，在交流侧需要加滤波电容器，光伏
电池要串联电感才能接在相应的直流母线上。由于大电感的存在，使直流回路电流不易变化，
在逆变器开关动作时，如果不能保证逆变器输入电流稳定，则易产生很高的
di/dt，影响逆
变器的安全运行。
1.2 多级注入式电流源型逆变器
将谐波注入的概念用在功率变换器已经有半个多世纪的历史。但是将谐波注入用于功率
变换器中作为减少谐波含量的一种方法。多级注入电流幅度与工作条件相匹配，通过附加晶
闸管触发控制和利用纹波电压实现自然换相，注入电流的频率和相位与供给电源取得同步。
建立在直流电流和注入电流的固定幅值关系上，各种工作条件下的最优的谐波抑制得到保
证，交流电流波形和直流电压波形质量进一步提高。在文献［
28］中，提出了一种新的
直流电流注入的概念，并且发现了
6 倍基频的注入电流用在 12 脉冲电流源变换器能够起到
完全抑制谐波的效果。其中非常规系统的研究方法来寻找注入电流波形的幅值，从而达到最