儲能型QuasI-Z源級聯多電平光伏逆變器研究.pdf

1、太陽能光伏發(fā)電清潔、環(huán)保，是最具前景的新能源之一。而功率變換器則是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵部件，其可靠性、運行效率以及制作成本對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)至關重要。由于傳統(tǒng)的單級式或兩級式功率變換器在光伏發(fā)電應用中存在著不足，眾多學者將研究目光投向了近年來提出的Z源逆變器(Z-Source Inverter，ZSI)和Quasi-Z源逆變器(Quasi-Z Source Inverter，qZSI)，以及低諧波高效率的級聯多電平逆變器(Cascade

2、 Multilevel Inverter，CMI)。
　　本文根據研究現狀，提出了三種新型逆變器拓撲，并將其應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，對其基本理論進行研究，并提出了相應的控制策略。具體如下:
　　首先，結合光伏發(fā)電的特點以及用戶的需求，提出了適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能型qZSI(Energy Stored qZSI，ES-qZSI)。對ES-qZSI進行數學建模，詳細分析了電路中各狀態(tài)變量以及各功率的關系。將ES-qZSI分別應用于

3、獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)以及并網光伏發(fā)電系統(tǒng)，并研究了相應的控制策略。特別地，針對系統(tǒng)中的儲能電池，本文提出了儲能電池能量管理控制策略來確保儲能電池的安全工作。
　　其次，鑒于qZSI、ES-qZSI以及CMI的優(yōu)點，提出了qZS級聯多電平逆變器(qZS-CMI)和儲能型qZS級聯多電平逆變器(Energy Stored qZS-CMI，ES-qZS-CMI)，并將這兩種逆變器分別應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中。該部分研究主要包括以下幾個方面:

4、r>　　針對qZS-CMI及其光伏發(fā)電系統(tǒng)，研究了其基本模塊—qZSI模塊。文中考慮2倍頻分量對qZSI模塊進行了數學建模，首次推導得出了精確計算系統(tǒng)狀態(tài)變量2倍頻分量的數學公式。以此為基礎，分析了系統(tǒng)狀態(tài)變量2倍頻分量隨qZS網絡參數的變化規(guī)律，提出了抑制2倍頻紋波的qZS網絡參數設計方法。詳細分析了qZSI模塊中各器件的工作狀態(tài)、換流過程以及導通電流，計算了qZSI模塊的功率損耗以及運行效率。研究了qZSI模塊的光伏發(fā)電控制策略，采

5、用波特圖法對系統(tǒng)中各控制器的參數進行了整定。該部分研究為此類qZS-CMI的參數設計、器件選取提供了重要依據。
　　針對qZS-CMI及其光伏發(fā)電系統(tǒng)，提出了該系統(tǒng)的控制方法，既可以實現對光伏電池的分布式MPPT控制，又可以確保每個模塊擁有相同的直流母線電壓，同時整功率因數并網。
　　針對ES-qZS-CMI及其光伏發(fā)電系統(tǒng)，提出了該系統(tǒng)的控制方法，既可以實現對光伏電池的分布式MPPT控制，又可以保證各模塊輸出功率平衡，而且