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文献综述报告内容：（可另加页）
1.前言
自20世纪50年代以来，随着经济活动的增加，世界能源消耗急剧上升，世界能源消耗增长了20倍。然而，通过增加能源消耗醋精经济发展的粗放增长式已造成全球大气、土壤、水源等诸多方面环境质量的严重污染，暴露出以煤炭等常规能源为主的能源结构的弊端。上个世纪70年代西方发生石油危机以来，人们逐渐认识到，矿物能源终会有耗尽之时，人类要维持自身的生产生活，就必须开发新的能源，特别是可再生能源。由此，世界上掀起了一股开发利用可再生能源的热潮，特别是1992年联合国世界环境与发展大会后，世界各国都将积极推动可再生能源的发展作为21世纪能源发展的基本选择，并在全世界范围内达成了广泛的共识。
可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。世界各国发展可再生能源的动因和方向有较大差别。发达国家发展可再生源的主要目的是：应对气候变化，减排温室气体；保护环境，减少大气污染；能源来源多样化，保障能源安全；保持技术优势，扩大出口等。而发展中国家发展可再生能源的主要目的在于：解决农村能源问题，扩大能源供应和缓解能源短缺。因此，世界各国发展可再生源多采取的战略也有一定的差别。在可再生能源技术方面，美国、欧洲、日本等发达国家都是世界上的领先者，许多成功的经验和技术值得学习和借鉴。这些国家以科技为先导，采取多种激励措施，将先进技术转化为产业，并拥有了最大份额的市场。
2.研究背景
随着科技的飞速发展，现代控制理论和控制技术也愈发趋于成熟，用户对电能的质量和可靠性的需求也越来越高，传统电网的交流电源已经不能完全满足使用设备的要求。各种设备对所使用交流电源的要求均有不同，这种不同主要体现在交流电源的的频率、幅值和稳定性等方面。对于这些存在的问题，人们迫切需要找到解决办法以获得各种设备所需的理想电源。逆变技术就因此应运而生，它可以通过与整流技术的结合，对电路电能进行变换，得到生产生活中适用的理想交流电压。逆变器是一种可以将直流电转换为交流电的电能转换装置，通过逆变器可以使用直流源为交流负载提供能量，可在不同设备之间传递不同形式的能量，以适应工厂和生活中不同场所的需求。
上世纪八十年代初，脉宽调制技术开始在电力电子技术中应用，实现对开关器件的控制。逆变器通过采用脉宽调制理论对电能进行变换，得到了更稳定的交流电压波形，还可以对逆变器的动态和静态性能较大幅度的改善，降低电容和电感系数的影响。因此，使用脉宽调制的逆变器被广泛的应用在电网和电气设备的供电中，在有源滤波、并网发电、不间断电源等新能源方面也被广泛的采用。
早期的逆变装置广泛使用不可控二极管或晶闸管对电能进行转换，但是在运行的过程中会产生不可控的谐波和大量的无功功率，导致整个系统被产生的谐波污染，同时无功功率也严重影响电压的大小，引起系统的电压波动，效率降低，而且对电能质量的可靠性等方面造成影响，因此不可控逆变的实际效果较不理想，在应用中受到了极大的限制。随着 IGBT、MOSFET等全控型器件的产生和技术的不断进步，这些可控器件可以广泛的被应用在逆变中，使系统的电能质量极大的提高。
现代的逆变理论技术，是一门研究现代逆变理论和应用设计方法的学科，它将现代电力电子技术、控制技术、半导体技术等基础理论集于一体。逆变器通过采用现代逆变技术和更加智能的控制，使输出的电压或电流的大小和频率可以实时的进行调节，而且可以在很大程度上降低了电气设备的重量和尺寸，并且具有节能、便于使用等优点。
目前，在逆变装置的实际应用中，多采用 DSP（数字信号处理器）芯片、单片机（MCU）、FPGA（现场可编程门阵列）芯片为主控芯片，三种芯片各有优劣，在数据传输速度、功耗、使用成本、控制效果等方面存在较大的差异。单片机具有较简单的结构、便于操作，但它具有存储较小这一缺陷，通常用于简单的控制，如电梯和空调的控制。DSP 具有更快的运算和数据处理速度，计算能力十分强大，因此通常用于复杂的计算，图像处理等，而且DSP内置PWM 生成器，可以在电力电子领域中充分发挥其功能。FPGA芯片相对而言具有最快的处理速度，它是逻辑技术的硬件基础，通过VHDL描述语言进行电路设计，具有较高精度，可以达到对控制的实时性要求。
“十三五（2016-2020）”规划对电力的发展明确指出，将继续并持续增加新能
源发电的比例，新能源并网发电中将使用更多的电力电子器件，打破地域限制，建立更多的特高压直流输电线路。这也将对电力电子器件的使用提出了更高要求，使得对电力电子技术的研究和使用达到空前的高度和热度。
3.研究意义
从“十三五”对电力方面的规划中可以看出，全力和全面发展新能源、优化电力布局、升级配电网、推进智能电网建设这几方面作为未来五年电力发展的主要任务。未来五年中，随着对特高压交流输电和柔性直流输电的大力发展，以及新能源发电技
术不断推进的，逆变技术将被更广泛的应用到国防和国民生产、生活的各个领域中。
预计在 21 世纪，电力电子技术的智能化发展会推进其应用领域更宽泛，在电能的优化、机电设备的高频化发展、微电子技术的突破性改进等方面都扮演着不可或缺的角色。
随着科学技术的发展，逆变器的应用将会起到更加重要的作用。本世纪将是广泛应用绿色能源的世纪，清洁能源和可再生能源将会被广泛的应用，它们将会成为能源
和环境保护、人与自然协调中必不可少的环节。作为目前主要能源之一的不可再生能源，其使用量的迫切需求与可供量的供不应求，终有一天会使其消耗殆尽。因此可再生的能源如太阳能、风能等将会逐渐取代传统的化石能源，使用可再生能源的发电系统将成为新兴发电方式的主题。正是在上述能源方式的变更过程中，逆变技术不容忽视的作用，新能源时代因为有逆变技术的相辅相成，对推进经济发展，提升人民生活指数有着重要意义。
科技的不断进步和电力电子技术的愈发趋于成熟，企业对电气设备性能的高要
求、高需求、高可靠性追求迫切成为热点研究方向，对电源的要求也会因此而提高。
现代逆变技术不仅被广泛的应用于国防领域的航空、船舶中，在各种电源逆变领域也有所涉及。对于采用非线性控制理论的系统来说，逆变器能够实现输出电压的稳定运行，通过逆变技术可以使所得交流电压在各行各业达到所需的理想效果。逆变技术在现代日新月异的大环境下，愈发彰显着不可或缺的作用，主要应用体现在以下方面：
（1）以直流电源比如太阳能电池、蓄电池、燃料电池、直流发电机等为主要供电方式的电力领域中，逆变技术的应用是其核心部分。在通信以及航空静止变流器中，通过对其供电电源的逆变得到所需的合适的交流电源，确保其正常运行；
（2）某些特殊的应用场合比如交流输变电、飞机变速恒频电源和新型风力发电等，需要对电源采取交-直-交的变换过程。逆变技术在这一环节中至关重要，可以确保电源的稳定变换，而后安全可靠的供电；
（3）作为不间断电源(UPS)的核心环节——逆变。在很多特殊的场所，如医院、数据中心机房、核电站等对用电质量和稳定性要求特别高的场所，一秒钟的断电都不允许发生，否则将造成严重的安全事故。UPS 供电系统可以很好的解决这个问题，正是因为逆变技术才能使 UPS 供电系统中的蓄电池的直流电转换为可以为相应场合使用的稳定的交流电；
（4）分布式储能系统。分布式储能系统以蓄电池为电源和储能装置，在用电的波谷时，电网向电池内部输电并储存；在用电的波峰时，向电网中输电，降低发电系统的压力，此时便需要逆变系统将直流电转换为工频交流电；
（5）逆变器也可作为其他各种电器的电源，如医疗设备的电源、弧焊电源和化学电源等等。
4.国内外研究现状和发展趋势
4.1国内外研究现状
近些年国内外的科研人员们研究了大量的关于逆变器的控制技术，提出了众多先进的控制方案，正在逐渐的被广泛应用于逆变器的控制中。以下是几种较为常用的控制方案。
（1）PID控制
PID 控制是较早发展而且广泛被应用在工业控制领域的一种控制策略。PID控制的算法较为简单，具有较高的可靠性，尤其在精确的数学模型下和已知的控制系统中。在逆变器空载运行时，系统相当于一个二阶的振荡模型，控制器中的积分器会因此使相位产生了滞后，为了对系统的稳定性有所保证，必须限制控制器中的比例控制，但这就会使系统的动态性能较差，而且非线性负载下的系统输出效果较差。为了更好地实现对系统的控制，一些其他的控制策略的思想不断引入到 PID 中，使控制仍充满活力。
（2）无差拍控制
无差拍控制在很多年以前就被提出，但直到二十世纪五十年代才被应用到逆变器的控制中。它是基于控制对象离散的状态变量，通过当前的状态计算得到下一时段的控制量，因此系统的偏差将在一个周期内更正。无拍控制具有较快的动态响应是其最大的优点，当电源或负载突然产生较大偏差时，在一个周期内实现再次跟踪给定值，实现矫正。但是逆变器在早期的使用过程中，其电路的条件都是线性负载且都是纯阻性的，因此良好的鲁棒性得不到保证，而且此时对数学模型的精确度分析有很高的要求，否则容易发生振荡现象，对输出值的准确度和系统稳定性都是很不利的。
（3）模糊控制
糊控控制是一种基于人类思维的新型智能化控制技术。它是以人类积累的经验为基础，通过各种传感器检测控制对象的当前状态并做出正确的决策，系统在模糊判断及推理的过程中不断完善，具备较强的参数适应能力，即便是在非线性这种不利的条件下也能实现对系统的稳定控制，以并达到预期的要求。模糊控制的特殊之处就在于它对模型的精确性不需要苛求，它具有良好的鲁棒性，在电力行业的许多领域中都被广泛使用。但同时有些不足之处在运用过程中也逐渐显现出来，一套属于它的完备的设计及系统分析方法还并不具备，需要采用经验试凑的方式实现对控制器的设计，很难得到较高的精度。
（4）重复控制
纵观波形控制的发展史，以上几种控制技术在抑制干扰时都是通过改善系统的动态性能和系统输出波形质量来完成的。而重复控制技术是利用干扰的“重复”规律，在波形畸变发生在前一个周期时根据相应的控制规律进行有规律的修复，因此可以获得一个较为满意的波形。
重复控制是一种基于内模原理的控制理论。“内模”即控制器的反馈回路中含括了外部信号的数学模型，此理论的优势就在于使系统具备了良好的抗干扰能力和波形跟踪特性。但是由于重复控制器结构中存在周期性时滞，因此无法获得较好的动态性能。
（5）滑模变结构控制
近年来，随着理论与应用的发展，滑模控制系统被广泛应用在各种控制领域中。由于电力电子变换装置在本质上是一个非线性装置，而滑模变结构控制理论也是一种非线性控制策略，因此对其具有很好的适用性。逆变器作为当下研究的重点，在滑模变结构控制下的逆变器也得到了广泛的研究，它具有对系统的自适应性、快速的动态响应、谐波含量低等优点。目前，固定频率的滑模变结构控制是研究的热点，许多学者做了大量的研究工作，也获得了大量的研究成果。
作为先进控制技术之一的滑模变结构控制能进一步提高电力电子变换器的稳态、动态性能，越来越受到重视，对其研究和应用对我国电力电子技术的发展有着重要的意义。
4.2发展趋势
随着世界各国对可再生能源开发重视程度的不断提高，针对逆变器的并网技术研究也越来越多，人们针对以往控制技术的不足，纷纷提出了很多的研究方向，其大体可以分为以下几个方向：
（1）并网逆变器的拓扑分类及控制方法的研究
目前研究人员提出针对不同的系统要求，逆变器应该有着各种不同的拓扑结构，对于功率较小的并网逆变器可以采用高效、低成本的单极变换器；而多级逆变器变换结构可以使用在大功率、宽电压范围的输入的应用场合。除此以外，逆变器的拓扑结构中还包括单相、三相：隔离、非隔离；功率单向流动、双向等各种形式。如：并网逆变器采用双向功率流动的拓扑，在并向流动、双向等各种形式。如：并网逆变器采用双向功率流动的拓扑，在并网工作时，既可以向电网提供电能，同时也可以当电网电能富足时，从公用电网吸收电能，并将其存储起来。因此各种拓扑可以分别使用在不同的场合，并且这些拓扑结构可以相互组合成各种不同的形式，以满足各种要求。
在控制方法上，随着各种高速的数字信号处理器DSP的出现，将先进的数字控制应用到并网逆变器的控制中的研究将越来越多。并且针对各种控制方法的缺点，将模拟控制和数字控制相结合以达到理想的控制效果。
（2）逆变器并网控制技术的研究
研究人员认为一个功能完整的并网逆变器系统，其工作模式应比通常的独立逆变器更为复杂，它不仅可在无市电接入时独立作为电压源逆变，也能在并网时作为电流源工作。针对这些要求，在逆变器并网控制技术上提出了在逆变器两种工作模式的无缝切换技术、逆变器工作过程中的同步锁相和电压跟踪技术、达到并网电压和电流谐波标准的闭环控制技术等几个方面的研究方向。
（3）多台逆变器并联并网技术的研究
多台逆变器并联可实现大容量供电和冗余供电，因而被公认为当今逆变器技术发展的重要方向之一。多台逆变器并联实现扩容可大大提高系统的灵活性，使系统的体积重量大为降低，同时其主开关器件的电流应力也可减少，从根本上降低成本和提高功率密度及系统可靠性。研究者认为目前主从式结构使可再生能源并网发电系统比较理性的电路结构，而主从式结构就是采用多组逆变器模块并联运行的模式，即在并联的若干个逆变器模块中，任意选取一个作为主逆变模块，而其余作为从模块跟随主模块工作，因而该结构能极大地提高可再生能源并网发电系统的可靠性，实现功率合成，增强故障冗余能力。国外一个一些发达国家都采用了主从式的逆变并网结构，在国内目前此技术还不够成熟。
（4）逆变器并网滤波器设计的研究
并网逆变器在工作时有电压控制和电流控制两种工作模式。在电压控制模式下，逆变输出滤波器通常由电感L和电容C构成，它们影响到输出的动态响应。电流控制模式下，会选用L或LCL的结构，主要由电感元件决定输出的动态响应。研究人员认为逆变器作为电压源独立运行时，滤波器应通常采用LC结构；逆变器作为电流源并网时，则可以直接通过L、LC或者LCL和电网相联。现在更多的研究和产品选择LCL结构，采用LCL的结构比LC结构有更好的衰减特性，对高频分量呈高阻态，抑制电流谐波，并同电网串联的电感L还可以起到抑制冲击电流的作用。
学生（签字）：
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