随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出,太阳能光伏发电已成为世界各国普遍关注和重点发展的战略性新兴产业。目前,光伏发电的主要利用方式为并网光伏电站和分布式光伏发电系统。然而,由于分布式光伏发电商业模式尚未成熟,光伏并网发电仍然以集中式光伏电站为主。传统光伏电站逆变器采用工频变压器并入高压电网,导致系统体积庞大、效率较低、成本较高。另外,光伏阵列输出功率易受光照、温度等因素影响,尤其是局部阴影和失配问题,将严重降低整个发电系统的效率。针对上述问题,级联多电平光伏并网逆变器是一种较好的解决方案,其可以无变压器地接入高压电网,减小了系统体积和成本,并且每个H桥模块采用独立的MPPT控制,能有效降低光伏阵列局部阴影和不匹配造成的不利影响,改善发电效率。但传统的级联多电平光伏并网逆变器缺少升压环节,光伏阵列最大功率点电压的不同将导致不平衡的直流母线电压,且存在容量设计偏大的问题。近年,有学者提出将准Z源阻抗网络嵌入到传统的级联多电平光伏并网逆变器中,成为准Z源级联多电平逆变器(QZCMI),其兼具两者的优势,每个H桥模块均以单级功率变换形式实现升压和逆变,独立地控制直流母线电压;允许直通;可实现分布式MPPT;等等。这些都有助于降低光伏发电系统的成本,提高效率。然而,对准Z源级联多电平光伏并网逆变器的研究尚处于起步阶段,缺乏较深入的分析和研究。本文主要围绕三相准Z源级联多电平光伏并网逆变器的数学建模、控制方法及软硬件平台设计进行了研究,具体如下:首先,分析了准Z源级联多电平逆变器的工作原理,建立了准Z源H桥模块的动态模型和稳态模型,为实验平台的参数设计提供了理论依据。利用传递函数模型的零极点分布图,分析了准Z源网络电感、电容和直通占空比对动态性能的影响。根据二倍频分量稳态模型,分析了储能元件对低频脉动的影响,设计了抑制二倍频脉动的储能元件参数。其次,提出了适用于三相准Z源级联多电平光伏并网逆变器的控制策略,包括直通占空比控制、总直流母线电压控制、并网电流控制和功率平衡控制。重点研究了功率平衡控制,包括模块间功率平衡控制和相间功率平衡控制,并对模块间功率平衡控制进行了分类,推导出了各类控制方法的功率不平衡约束公式。设计了一种基于恒直通占空比的载波移相SPWM调制方法,实现了各功率模块的升压和逆变器的多电平输出。仿真结果验证了整个控制策略和调制方法的正确性,达到了预期控制目标。再次,研究了系统软硬件平台设计和实现中的关键问题。硬件平台设计部分分析了 QZCMI主电路参数的设计原则,开发了基于DSP和FPGA的主从式数字控制系统,并利用触摸屏作为上位机实时监控。软件平台设计部分给出了 DSP的程序流程图、FPGA的状态机时序图以及触摸屏的监控界面。最后,结合搭建的三相准Z源级联多电平光伏并网逆变器实验样机,完成了相关实验,包括电路板调试实验、单模块升压实验、样机电流闭环实验等,验证了控制算法和软硬件设计的正确性。