開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、并網(wǎng)逆變器在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)核心位置，起著光伏模塊與公用電網(wǎng)的橋梁連接作用。Z源逆變器(Z Source Inverter，ZSI)相對(duì)于傳統(tǒng)的電壓源型逆變器(VoltageSource Inverter，VSI)具有明顯優(yōu)勢(shì)，如利用上下橋臂直通實(shí)現(xiàn)升壓、單級(jí)變換易于提高轉(zhuǎn)換效率、輸出波形畸變率低等優(yōu)點(diǎn)，其研究對(duì)于輸入電壓等級(jí)較低的新能源發(fā)電尤其是光伏發(fā)電場(chǎng)合具有極其重要的意義。然而，Z源逆變器仍然存在著一定的局限性，如輸入電流斷

2、續(xù)、升壓能力有限、啟動(dòng)沖擊電流大、器件應(yīng)力過高、在大功率場(chǎng)合存在較大直通電流等問題。針對(duì)上述問題，本文從電路結(jié)構(gòu)、模型分析及控制、應(yīng)用方面進(jìn)行探討和研究，主要內(nèi)容如下:
　　針對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源逆變器在低直通比下升壓能力有限的缺點(diǎn)，本文對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)電感進(jìn)行了改進(jìn)，用自舉電容替代傳統(tǒng)開關(guān)電感中的一個(gè)二極管，提出了一種新型開關(guān)電感準(zhǔn)Z源逆變器，沒有改變器件數(shù)量和電路復(fù)雜度的情況下，在低直通比時(shí)能實(shí)現(xiàn)較高的升壓倍數(shù)。在最大升壓控制和最

3、大恒定升壓控制兩種調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，將新型開關(guān)電感準(zhǔn)Z源拓?fù)浞謩e與傳統(tǒng)準(zhǔn)Z源拓?fù)?、開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源拓?fù)溥M(jìn)行對(duì)比分析，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明新型開關(guān)電感準(zhǔn)Z源拓?fù)洳粌H具有更強(qiáng)的升壓能力，而且在電容和開關(guān)器件應(yīng)力、電感電流脈動(dòng)、二極管反向電壓和轉(zhuǎn)換效率等方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)。
　　為進(jìn)一步研究新型開關(guān)電感準(zhǔn)Z源逆變器的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能，利用狀態(tài)空間平均法建立了小信號(hào)模型，綜合考慮了負(fù)載、阻抗網(wǎng)絡(luò)器件、直通比等因素，并利用零極點(diǎn)圖對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)

4、行分析，為阻抗網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和逆變器控制器設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。結(jié)合傳統(tǒng)的直流鏈電壓間接控制法和直接控制法，提出了一種改進(jìn)型直接控制方式，利用采樣的兩個(gè)電容電壓之和代替直流鏈電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，保證直流鏈電壓穩(wěn)定。結(jié)合MPPT算法、直流鏈電壓閉環(huán)控制及并網(wǎng)電流控制，提出了一種適用于準(zhǔn)Z源光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)控制方式，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該策略不僅能有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最大功率跟蹤控制及網(wǎng)絡(luò)阻抗的直流鏈電壓穩(wěn)定，而且能保證較好的動(dòng)態(tài)跟蹤效果。

5、　　傳統(tǒng)電流斷續(xù)型準(zhǔn)Z源逆變器相對(duì)于電流連續(xù)型拓?fù)渚哂休^小的電容電壓應(yīng)力，但是因?yàn)檩斎腚娏鲾嗬m(xù)而無法使光伏電池處于最佳工作狀態(tài)。針對(duì)此，本文提出了一種延展型開關(guān)電感準(zhǔn)Z源拓?fù)?，將電流斷續(xù)型準(zhǔn)Z源拓?fù)渑c傳統(tǒng)boost電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了輸入電流連續(xù)，通過兩級(jí)升壓提高了系統(tǒng)升壓能力，而且在最大恒定升壓調(diào)制方式下，該拓?fù)湎鄬?duì)于傳統(tǒng)準(zhǔn)Z源拓?fù)浜烷_關(guān)電感型拓?fù)渚哂休^小的電容電壓應(yīng)力、直流鏈電壓應(yīng)力、二極管反向電壓應(yīng)力以及較高的轉(zhuǎn)換效率。
　　

6、當(dāng)Z源逆變器應(yīng)用于輸入電壓較低、輸出電流較大的場(chǎng)合，較大的直通比會(huì)增大直通電流，因而不利于器件的選擇，且會(huì)增加系統(tǒng)的體積和成本，降低轉(zhuǎn)換效率。針對(duì)此，本文將多個(gè)隔離型準(zhǔn)Z源逆變器模塊以輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)的方式組合在一起，利用并網(wǎng)控制方式實(shí)現(xiàn)功率均分以降低單個(gè)逆變器模塊的功率，從而降低器件的電壓電流應(yīng)力。提出了兩種隔離式開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源逆變器，相比傳統(tǒng)隔離式準(zhǔn)Z源拓?fù)渚哂懈蟮纳祲耗芰?，更適用于輸入輸出需要電氣隔離、且輸入電壓波動(dòng)較大的場(chǎng)