1. 选题背景及意义

能源是人类赖以生存和发展的基础，电能是迄今为止人类文明史上利用最广泛，最方便，最清洁，最高效和最灵活的能源。但全球化石能源逐渐枯竭，以及其使用过程中产生的空气污染、臭氧消耗、气候变暖、酸雨等一系列环境问题的日益凸显，使得人类的生存和发展受到了严重威胁，因此新能源的开发和利用受到了人们的越来越多的重视。

相较于传统能源，新能源有着可不断再生、持续利用，对环境友好，分布广泛、可就地开发等优点。目前新能源领域中，光伏发电、风力发电和燃料电池发电是三大主要研究方向。光伏发电是一种将太阳能转化为电能的技术，其具有充分的清洁性、较好的安全性、资源的相对广泛性和充足性，而我国又是太阳能资源非常丰富的国家，因此光伏发电在我国有着广阔的市场前景。由太阳能电池板转换为的电能为直流电，所以还需设计并网逆变器将光伏电源的直流电逆变为符合要求的交流电提供给电网。由于光伏，风电等可再生能源的利用和微电网技术的高速发展，实现并网运行的有源逆变技术正在步入一个快速发展的新时期，而并网逆变器作为并网发电系统的核心装置，也是新能源开发技术的关键所在，并网逆变技术的研究具有重大意义和应用前景。

常见的逆变器主要分为单级、两级和三级串联拓扑结构。其中单级逆变器电路具有结构简单、元器件少、效率高的特点。通常情况下，单级逆变器为了解决电气隔离问题，一般会在输出侧增加工频变压器，由于变压器的存在，增大了系统的体积和重量以及噪声污染，而且当输入直流电压发生波动时，因变压器变比大而使得开关管的电压应力高、不好选型。三级式逆变器结构一般为 DC/DC DC/DC DC/AC，在高频隔离的场所应用比较频繁，其中一种以DC/DC 变换器作为中间级的电路运用的是满占空比不调制的软开关高频隔离变换器（例如移相全桥或者全桥 LLC 谐振电路），而另外一种则是中间级电路直接将直流电压变换为全波电压的准三级结构]，然后再由后级逆变电路将全波电压转换为正弦波电压。在实际应用中，三级式逆变结构的复杂导致其应用比较少。相较之下，在光伏发电系统中，逆变器的 DC/DC DC/AC 两级式结构便得到了更为广泛应用。太阳能是一个天然的资源，很容易受到周围环境的影响，比如天气、四季、昼夜、地理、海拔等自然条件和气象因素都会影响太阳能的光照强度，从而使得光伏发电的稳定性低。对于光伏发电系统而言，光照强度直接影响光伏阵列的输出，光伏阵列的输出不稳定又容易造成逆变器的输出畸变，从而影响电能质量。因此，增加一个 DC/DC 直流变换器，来提升光伏阵列的输出电压满足正常逆变所需的输入电压，同时此变换器还需保持直流母线电压的稳定，如此就形成了 DC/DC DC/AC 的两级式逆变器结构。其中，前级 DC/DC 变换器可以用来实现电压匹配和电气隔离，采用 MPPT 控制实现最大功率点跟踪，后级逆变器实现母线电压稳定、电网电压与并网电流同相位。采用两级式逆变结构不仅可以使前级变换器适应更宽的电压波动，还能够根据输入输出电压范围、功率等级，分别设计前级升压变换器和后级逆变器，实现整个系统的分级优化设计和分级控制，两者之间相互独立，大大减小了控制复杂度。结构图如下。

图1.1 两级式逆变器结构图

两级式逆变器虽有上述优点，但也存在一些问题。在两级式逆变器中，前级DC/DC变换器和后级单相逆变器组成级联系统，后级变换器为前级变换器的负载，前级变换器为后级变换器带内阻的源。前级和后级的变换器的交互作用会影响整个级联系统的稳定性，单独设计好的前级升压变换器和后级逆变器级联使用时会出现系统不稳定现象，而对于控制系统，稳定性是其最重要的指标，因此对于两级式逆变器的稳定性研究也意义重大。

要想解决恒功率负载带来的不稳定性问题，则需要在变换器后面再加上一个正阻抗负载，来抵消恒功率负载具有的负阻抗特性，而且正阻抗负载消耗的功率还要大于恒功率负载消耗的功率。即使没有正阻抗负载，也要加一个假负载电阻来抵消负阻抗時性，这样子就会使得系统的效率大大降低。因此，恒功率负载使得电力电子级联系统的稳定性受到影响，在电力电子级联系统应用广泛的今天，使得解决恒功率负载带来的不稳定性问题显得越发重要。

2. 国内外研究现状

两级式级联变换器的系统结构如图所示，图2.1为级联变换器系统的结构框图，前后级变换器分别称为源变换器和负载变换器；其中 表示源变换器的输出阻抗， 表示负载变换器的输入阻抗。

图2.1 级联变换器系统的结构框图