光伏發(fā)電系統(tǒng)中Z源逆變器的控制技術(shù)研究.pdf

1、太陽能以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為可再生能源的選擇，因此光伏發(fā)電技術(shù)成為了新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，未來光伏發(fā)電能否普及，在很大程度上取決于系統(tǒng)自身的成本、轉(zhuǎn)換效率、可靠性、靈活性等諸多因素。Z源逆變器作為一種新的變換拓?fù)溆衅涮厥庑?，它采用兩個(gè)電感和兩個(gè)電容組成無源網(wǎng)絡(luò)連接光伏陣列與逆變橋，通過控制其特有的直通工作狀態(tài)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)逆變器直流側(cè)升壓，從而達(dá)到在單級(jí)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的兩級(jí)控制。Z源逆變器用于光伏發(fā)電系統(tǒng)在降低光伏系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性及改善

2、系統(tǒng)效率等方面都具有積極的意義。本文選用Z源逆變器作為光伏系統(tǒng)的功率變換單元，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行其高效并網(wǎng)的關(guān)鍵控制技術(shù)的研究及其相關(guān)非線性行為的分析，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 ①根據(jù)光伏電池的電氣特性建立了光伏陣列通用模型，詳細(xì)分析了光伏陣列在局部陰影條件下的多峰值特性。為克服傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法在多峰值跟蹤過程易陷入局部最優(yōu)的困境，提出了一種基于雙載波混沌搜索的最大功率點(diǎn)跟蹤算法，有效地實(shí)現(xiàn)了多峰值下的最大

3、功率點(diǎn)尋找。為進(jìn)一步提高搜索效率與搜索精度，在該算法的基礎(chǔ)上結(jié)合空間尺度變換大大改善了搜索效果。
　　 ②根據(jù)Z源逆變器在直通狀態(tài)和非直通狀態(tài)下的等效電路，建立了Z源逆變器直流鏈電路的狀態(tài)空間模型，引入了直流閉環(huán)控制提高系統(tǒng)的給定跟蹤能力和抗干擾能力。從系統(tǒng)存在的非線性問題出發(fā)，建立適用于非線性控制的Z源逆變器直流鏈仿射模型，提出了采用基于微分幾何理論的精確線性化方法對該模型進(jìn)行線性化處理，該線性化過程不同于傳統(tǒng)建模在某一平衡點(diǎn)

4、處進(jìn)行近似線性化的處理，打破了傳統(tǒng)建模只在平衡點(diǎn)周圍進(jìn)行小擾動(dòng)下才準(zhǔn)確的局限。結(jié)合最優(yōu)化控制使系統(tǒng)獲得優(yōu)良穩(wěn)定的高品質(zhì)輸出。為了進(jìn)一步推廣，針對不對稱Z源網(wǎng)絡(luò)做進(jìn)一步分析，在其控制部分引入零動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，在不影響其控制性能的前提下簡化了控制。
　　 ③研究了Z源光伏逆變器并網(wǎng)逆變側(cè)的控制技術(shù)。通過不同逆變控制策略的對比，選擇響應(yīng)快精度高的滯環(huán)電流控制，為克服滯環(huán)電流控制中開關(guān)頻率不固定導(dǎo)致濾波環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)困難的問題，設(shè)計(jì)了定頻滯環(huán)電流控

5、制，分析定頻原理，在其實(shí)現(xiàn)部分采用了對模型要求不高、設(shè)計(jì)簡單且魯棒性好的模糊控制技術(shù)。根據(jù)實(shí)際光伏逆變器輸出誤差變化范圍，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的隸屬度函數(shù)及控制規(guī)則，并依照輸出電流與參考電流之間不出現(xiàn)松弛跟蹤的原則設(shè)計(jì)了逆變側(cè)濾波電感。最后在定頻的基礎(chǔ)上采用邏輯分析將直通矢量插入滯環(huán)控制。
　　 ④由于在仿真中發(fā)現(xiàn)Z源逆變器直流鏈存在的若干非線性現(xiàn)象，指出傳統(tǒng)小信號(hào)建模分析省略部分高階量的局限性，驗(yàn)證了Z源逆變器光伏系統(tǒng)屬于反饋控制型逆變

6、器的非線性本質(zhì)。從狀態(tài)方程出發(fā)分別討論Z源逆變器直流鏈與逆變側(cè)的非線性行為，用以揭示其分岔及混沌特性。在分析Z源逆變器直流鏈與逆變側(cè)工作原理的基礎(chǔ)上，分別建立其頻閃映射離散模型，采用Jacobian矩陣法、Lyapunov指數(shù)分析等方法對進(jìn)行了準(zhǔn)確、數(shù)值化的分析。對直流鏈部分選擇輸入電壓Vin和并網(wǎng)參考電流iref作為變化參數(shù)，分別針對Z源電感、Z源電容、輸入電壓、參考電流等參數(shù)確定其穩(wěn)定域；對逆變側(cè)在直流鏈輸出電壓、反饋系數(shù)及輸出濾波