串联型Z源逆变器应用于光伏发电的关键技术研究

论文摘要

串联型Z源逆变器是一种新颖的功率变换拓扑,直通状态的引入,使得这种单级式结构能够实现通常需要DC/DC+DC/AC的两级式结构才能够完成的升降压变换功能,因此在光伏发电等输入电压会在大范围内变化的场合,串联型Z源逆变器有着广阔的应用前景。本文首先介绍了串联型Z源逆变器的工作原理,然后研究了一种适用于该逆变器的SVPWM调制策略,提高了Z源网络的等效开关频率,并且分析了在这种SVPWM调制策略下电路参数的设计依据。对直流链电压控制方法进行了归纳和总结,在吸收了各自优点的基础上,提出了一种直流链峰值电压间接控制方法。该控制方法原理简单,实现方便,能够在变化的输入电压下保持直流链峰值电压为恒定值,一方面稳定了逆变部分的静态工作点,另一方面也降低了逆变部分调节器的设计难度。将串联型Z源逆变器应用于光伏并网,根据其网侧数学模型,研究了并网电流在同步旋转dq坐标系下的解耦控制策略,使得并网电流的有功和无功分量可以独立控制。设计了系统的控制方法,使得串联型Z源光伏并网逆变器实现了通常需要两级式结构才能够实现的升压、并网和最大功率点跟踪的功能。研究了串联型Z源逆变器带LC滤波器时的数学模型,并通过仿真验证了模型的正确性。针对直通占空比到Z源电容电压这一对控制至关重要的传递函数进行了深入的分析和研究,进行降阶处理后,设计了采用零极点补偿的调节器,显著增加了系统的带宽,增强了系统的稳定性。设计了额定容量为3kVA的原理样机,对直流链峰值电压间接控制方法进行了仿真和实验验证,并在低电压下验证了串联型Z源光伏并网逆变器的可行性以及所采用控制策略的有效性。实验结果均表明了理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 Z 源逆变器
• 1.2 Z 源逆变器的应用领域概述
• 1.3 串联型 Z 源光伏并网逆变器
• 1.3.1 常规光伏并网逆变器的结构
• 1.3.2 串联型Z 源光伏并网逆变器
• 1.3.3 串联型Z 源光伏并网逆变器的特点
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 串联型Z 源逆变器
• 2.1 串联型 Z 源逆变器的工作原理
• 2.2 串联型 Z 源逆变器的一种非正常工作状态
• 2.3 适用于串联型Z 源逆变器的SVPWM 调制策略
• 2.3.1 调制原理
• 2.3.2 实验结果
• 2.4 串联型 Z 源逆变器的参数设计
• 2.4.1 Z 源网络的设计
• 2.4.2 功率器件的设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 串联型Z 源逆变器的直流链电压控制方法研究
• 3.1 直流链电压控制的重要性和特殊性
• 3.2 直流链电压控制方法
• 3.2.1 直流链峰值电压直接控制方法
• 3.2.2 直流链峰值电压间接控制方法
• 3.2.3 直流链峰值电压控制方法总结
• 3.3 Z 源电容电压可变的直流链峰值电压间接控制方法
• 3.3.1 控制原理
• 3.3.2 仿真研究
• 3.3.3 实验研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 串联型Z 源并网逆变器的研究
• 4.1 串联型 Z 源逆变器的并网控制策略研究
• 4.1.1 并网电流控制方法
• 4.1.2 并网电流的控制结构
• 4.1.3 控制系统结构
• 4.1.4 软件设计
• 4.1.5 仿真和实验结果
• 4.2 应用于光伏发电的串联型 Z 源并网逆变器的设计
• 4.2.1 光伏电池最大功率点跟踪
• 4.2.2 串联型Z 源光伏并网逆变器的控制系统设计
• 4.2.3 仿真和实验研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 串联型Z 源逆变器的建模及调节器设计
• 5.1 串联型 Z 源逆变器的数学模型
• 5.1.1 等效电路模型
• 5.1.2 状态空间平均法建模
• 5.1.3 模型的仿真验证
• 5.1.4 传递函数的简化
• 5.2 直流链峰值电压间接控制的闭环设计
• 5.3 仿真验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目