基于Z源變換器的三相光伏發(fā)電系統(tǒng)研究.pdf

1、Z源功率變換電路是Peng Fang z.教授提出的一種新型電力電子變換電路，因其具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。將Z源變換電路應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中會(huì)使系統(tǒng)獲得一些新的工作特性，顯著提高系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率以及裝置的可靠性，同時(shí)降低系統(tǒng)成本。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的改變，對(duì)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)也提出了新的要求。本文對(duì)基于Z源的三相光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究，全文分七章。
　　 第一章首先，對(duì)太陽(yáng)能電池的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了介紹。概述了國(guó)外、國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電

2、池發(fā)展情況及未來(lái)預(yù)測(cè)情況；其次，重點(diǎn)分析了光伏發(fā)電中的電力電子技術(shù)。按照與電網(wǎng)連接關(guān)系，光伏發(fā)電可以分成獨(dú)立光伏發(fā)電和并網(wǎng)光伏發(fā)電兩種應(yīng)用形式。對(duì)獨(dú)立光伏發(fā)電中蓄電池的三種充電控制器進(jìn)行了分析與比較，并對(duì)交流逆變器按單級(jí)和多級(jí)進(jìn)行了分類(lèi)和介紹。對(duì)現(xiàn)有的并網(wǎng)光伏發(fā)電電路進(jìn)行了分析和總結(jié)，比較了各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：最后，提出了本文研究的Z源光伏逆變器，介紹了Z源逆變器的特點(diǎn)。就目前Z源逆變器在變換器主電路設(shè)計(jì)、工作狀態(tài)分析、調(diào)制方案的研究情況

3、，以及在變頻調(diào)速，新能源發(fā)電的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹。并對(duì)本文研究的主要內(nèi)容及其意義進(jìn)行了闡述。
　　 第二章對(duì)太陽(yáng)能電池的物理特性進(jìn)行了分析。日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度是影響太陽(yáng)能電池電壓/電流特性的最主要因素。本章首先對(duì)太陽(yáng)能電池工作的物理原理進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上分析了太陽(yáng)的輻射特性，利用“大氣質(zhì)量”來(lái)衡量到達(dá)地球地面輻射的大小，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下日照強(qiáng)度的計(jì)算進(jìn)行了介紹；其次，在太陽(yáng)能電池等效電路的基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了影響太陽(yáng)能電池輸出

4、電壓/電流特性的各個(gè)物理因素，并給出了定量計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合研究需要建立了兩種層次的Matlab/Simulink太陽(yáng)能電池模型，即適用于電力系統(tǒng)研究層次的功率模型和電力電子變換器設(shè)計(jì)層次的詳細(xì)電路模型。最后、對(duì)現(xiàn)有太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤方案進(jìn)行了分析總結(jié)，并結(jié)合前面建立的太陽(yáng)能電池詳細(xì)電路模型，利用模糊控制實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制，并對(duì)模糊控制器進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 第三章對(duì)三相Z源逆變器的工作狀態(tài)進(jìn)行了分類(lèi)，分析了各個(gè)工作

5、狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的物理模型，建立了空間平均狀態(tài)方程，并就升壓原理進(jìn)行了分析；為了避免普通電壓源變換器內(nèi)部位于同一橋臂的上下兩開(kāi)關(guān)管，因同時(shí)導(dǎo)通而引起的短路故障，傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制(PWM)策略必須禁止同一橋臂上下直通狀態(tài)的存在。為了把直通狀態(tài)引入Z源逆變器，首先需要對(duì)傳統(tǒng)PWM策略進(jìn)行改進(jìn)；對(duì)如何修改傳統(tǒng)三角載波調(diào)制法和空間矢量調(diào)制法，以便實(shí)現(xiàn)直通狀態(tài)的原理進(jìn)行了分析。相比于三角載波調(diào)制法，空間矢量調(diào)制法(SVPWM)具有更高的直流利用率和便于數(shù)

6、字化實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，因此本章在傳統(tǒng)的SVPWM策略的基礎(chǔ)上制定了6扇區(qū)13段開(kāi)關(guān)序列表，以實(shí)現(xiàn)適用于Z源逆變器的PWM調(diào)制策略；建立了三相Z源逆變器的開(kāi)環(huán)控制仿真模型，驗(yàn)證了SVPWM的有效性，并與采用加入死區(qū)的常規(guī)電壓源逆變器進(jìn)行比較，說(shuō)明了Z源逆變器在減少諧波方面的優(yōu)點(diǎn)。
　　 第四章對(duì)基于Z源逆變器的三相獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了分析：在d-q坐標(biāo)系下建立了系統(tǒng)的全階物理模型：提出并設(shè)計(jì)了采用多變量線性狀態(tài)反饋的非線性控制方案：根

7、據(jù)該方案，運(yùn)用仿真軟件分析了在輸入電壓階躍變化以及各種負(fù)載變化情況下，系統(tǒng)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況。仿真結(jié)果顯示采用新控制方案的Z源光伏獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)在輸入電壓發(fā)生變化或者負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，具有更快動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
　　 第五章對(duì)基于Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了研究：在d-q坐標(biāo)系下建立了系統(tǒng)空間平均狀態(tài)模型；參照可再生能源并網(wǎng)發(fā)電協(xié)議IEEE1547的要求，結(jié)合實(shí)際環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度變化特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)各部分的時(shí)域響應(yīng)特性進(jìn)行了分

8、析；對(duì)傳統(tǒng)的擾動(dòng)/觀察法進(jìn)行了改進(jìn)，提出基于直接功率擾動(dòng)的最大功率跟蹤方案：在此基礎(chǔ)上，提出了可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率跟蹤、Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)升壓、并網(wǎng)電流同步的綜合三環(huán)控制策略；通過(guò)軟件分析并驗(yàn)證了控制策略的有效性，并進(jìn)一步分析了控制策略的魯棒性。
　　 第六章建立了基于DSP的Z源光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)。并通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)，進(jìn)一步論證了Z源逆變器的工作特性以及性能。
　　 第七章對(duì)本文開(kāi)展的工作進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)需進(jìn)一