随着当今社会的迅速发展，科学技术越来越发达。人们的生活条件也越来越好了但在幸福生活的背后，却隐藏着一系列的问题与祸患。别的不说，就说能源吧。解决能源问题的根本办法是开发利用环保型的新型可再生能源，如太阳能发电、燃料电池发电等。欧洲、美国在这方面已经相继走在了世界的前列，如德国莱比锡市已建成世界上功率的太阳能发电站并正式并网发电。
分布式发电（Distributed Generation，简称DG），通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦（也有的建议限制在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括：以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电（光伏电池、光热发电）、风力发电、生物质能发电等。分布式能发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源，包括本地可方便获取的化石类燃料和可再生能源，并提高能源的利用效率。
分布式发电的研究成果进一步为太阳能等新型能源的利用带来了新的概念。分布式发电可以简单理解为一种单台中小功率、大规模的发电方式。例如近讨论热烈的“屋顶计划”——每家每户都利用屋顶太阳能板，成为独立的发电个体，再通过数量形成规模效应。
本文介绍了一种基于电压矢量图计算的倍频式电压型单相并网逆变器，通过DSP控制系统实现了间接电流控制，保证了单位功率因数。具有控制简单，稳定性好，电网谐波污染小等优点，特别适用于中小功率的分布式并网发电的应用场合。
1 主电路结构
并网逆变器一般分为光伏并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备并网逆变器和其他发电设备并网逆变器。由于建筑的多样性，势必导致太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率同时又兼顾建筑的外形美观，这就要求我们的逆变器的多样化，来实现方式的太阳能转换。现在世界上比较通行的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变，现将几种逆变器运用的场合加以分析。本文采用直接挂在电网上运行的高频环节并网逆变器，单相全桥主电路如图1所示。
图2为其理想电路模型。
图1中，Ud为并网逆变器的直流输入电源。Ud通过高频链DC／AC逆变技术将初级电源（如太阳能电池等）提供的低压直流电变换为质量较高的高压交流电。US、UL和UN分别为逆变器输出电压、电感L端电压和电网电压有效值。电感L除了滤除高频谐波外，还兼有平衡逆变器和电网之间电压差的作用。
2 间接电流控制策略分析
SPWM（Sinusoidal PWM）法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。
作为并网用逆变器，其理想状态是输出功率因数λ=1，即网侧电流iN无畸变且与电网电压UN相位一致，这样回馈到电网的只有有功功率。根据图2等效模型，忽略电感电阻和线路电阻所得的电压矢量图如图3所示。
设输入功率为P，由图3可知
从而有
另外，输出电压满足
对于SPWM逆变器来说，输出电压基波满足
可见，当UN和L值一定的情况下，根据所给定的功率P和并网输出电流，IN，可通过式（2）和式（5）确定US相对于UN的超前角φ和SPWM的调制比m，从而达到控制输出电压Us的幅值和相位，并终调整并网输出电流iN的目的。此外，在US动态调整的过程中，为保证单位功率因数，输出电压向量的改变值应该使得电感上的压降UL始终超前电网电压并与之正交，如图3中虚线所示。
由上面分析可知，若取流经L的输出电流iL为状态变量，且考虑到电感和线路等效电阻r，可得该并网逆变器数学模型的Laplace表达式为
当逆变器开关频率较高时，忽略开关器件和死区的影响，则逆变器可以近似等效为一个放大环节KPWM，从而有间接电流PI闭环控制框图如图4所示。
3 控制系统硬件设计
本实验设计的高频并网逆变器系统硬件框图如图5所示。
包括TMS320LF240 DSP控制、电压电流检测、控制与保护、驱动、控制电源以及人机界面5部分。
电压电流
检测电路与保护电路须与主电路保持隔离。因此，电网电压的检测通过工频采样变压器实现；电感电流通过
霍尔元件得到。
电网同步信号检测电路如图6所示。
降压变压器输出的电网信号经过同步检测电路后输出相位和频率与电网电压相同的方波信号，终利用DSP捕捉单元来实现简单锁相。DSP中断程序的软件滤波进一步保证了检测的可靠性。
直流电压检测电路如图7所示，
采用线性
光耦来达到采样和隔离的目的，则有
式中：K3为线性光耦TIL300的传输增益。 过流保护利用了DSP的不可屏蔽中断(NMI)功能。图8所示的过流保护电路将反馈的交流电流信号与参考值进行比较，
若幅值超过了设定范围，则送中断信号进入NMI，从而快速封锁逆变控制脉冲、断开主电路，并给出相应的故障指示信号。
4 软件设计与实现
本文提出的并网逆变器采用单极性倍频SP．WM的控制方式，如图9所示。倍频式SPWM与普通SPWM相比，在保持开关管工作频率不变的情况下，将输出电压U8的工作频率提高了一倍，大大减少了逆变器输出的谐波，具有开关损耗小、输出滤波容易的优点，能更好地满足电网无污染的要求。
波形的生成主要依赖于DSP的通用定时器l以及比较寄存器CMPR1和CMPR2。设三角载波频率与工频的比值为240，则在一个工频周期内，定时器l产生240次下溢中断。每次中断后通过查询正弦表，得到在每个三角波中心时刻所对应的装载值。设第n次中断时装载的值对应正弦表中第p个值，则通过图9可以推得n和p的关系如下：
n的初始值决定了图3中超前角度ψ 的大小。因此，我们一方面可以通过在市电过零时刻设定n的初值来调节ψ值，另一方面还可以通过将比较寄存器的装载值乘以调制比m，来实现幅值调节，从而得到需要的输出电压Us。
软件主程序和中断子程序流程图如图10所示。
5 实验波形与分析
本文分别采用TI公司TMS3201LF240 DSP芯片和三菱电气公司的QM30TB-2HB型号的IPM
功率模块搭建了试验用单相并网逆变器的控制电路和主电路，输出功率为2 kw。直流电压由外加隔离型AC／DC模块提供。
在保证图3所示矢量图有效的前提下，则有
又由式（1）和式（4）可推导出
因此，在输入电压Ud和设定功率p一定的情况下，L取值有个值。从平衡电压的角度考虑，L取值越小越好，可以获得更高的电流输出，也可以减少电感制作成本；而从滤波的角度来考虑，L取值应该大一些，有利于正弦输出。因此，综合考虑设定电感取值为L=6mL。
图11为实验所得波形，
其中图11（a）为电感两端端电压的波形图；图11（b）为电网电压和逆变器输出并网电流波形（为观测方便，将并网电流信号反相显示）。
由实验结果可知，该分布式发电用高频环节并网逆变器功率因数 近似于等l，电流畸变小，有较好的并网特性。
6 结语
本文根据分布式发电的需要设计了一种单相电压型并网逆变器。该逆变器采用了基于电压矢量图分析计算的间接电流控制策略。具有稳定性高，单位功率因数和对电网输出谐波小等优点，相信会有良好的市场应用前景。
