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，逐漸成為當今研究的熱點。將Z源變換電路應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中會使系統(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，同時降低系統(tǒng)成本。拓撲結(jié)構(gòu)上的改變，對系統(tǒng)的分析、設(shè)計也提出了新的要求。本文對基于Z源的三相光伏發(fā)電系統(tǒng)進行研究，全文分七章。
　　 第一章首先，對太陽能電池的發(fā)展過程進行了介紹。概述了國外、國內(nèi)太陽能電

2、池發(fā)展情況及未來預(yù)測情況；其次，重點分析了光伏發(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)電可以分成獨立光伏發(fā)電和并網(wǎng)光伏發(fā)電兩種應(yīng)用形式。對獨立光伏發(fā)電中蓄電池的三種充電控制器進行了分析與比較，并對交流逆變器按單級和多級進行了分類和介紹。對現(xiàn)有的并網(wǎng)光伏發(fā)電電路進行了分析和總結(jié)，比較了各自的優(yōu)點和缺點：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。就目前Z源逆變器在變換器主電路設(shè)計、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)用情況進行了介紹。并對本文研究的主要內(nèi)容及其意義進行了闡述。
　　 第二章對太陽能電池的物理特性進行了分析。日照強度和環(huán)境溫度是影響太陽能電池電壓/電流特性的最主要因素。本章首先對太陽能電池工作的物理原理進行了介紹，在此基礎(chǔ)上分析了太陽的輻射特性，利用“大氣質(zhì)量”來衡量到達地球地面輻射的大小，并對標準測試條件下日照強度的計算進行了介紹；其次，在太陽能電池等效電路的基礎(chǔ)上詳細分析了影響太陽能電池輸出

4、電壓/電流特性的各個物理因素，并給出了定量計算公式。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)計層次的詳細電路模型。最后、對現(xiàn)有太陽能電池最大功率跟蹤方案進行了分析總結(jié)，并結(jié)合前面建立的太陽能電池詳細電路模型，利用模糊控制實現(xiàn)最大功率跟蹤控制，并對模糊控制器進行了優(yōu)化。
　　 第三章對三相Z源逆變器的工作狀態(tài)進行了分類，分析了各個工作

5、狀態(tài)下對應(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關(guān)管，因同時導(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，首先需要對傳統(tǒng)PWM策略進行改進；對如何修改傳統(tǒng)三角載波調(diào)制法和空間矢量調(diào)制法，以便實現(xiàn)直通狀態(tài)的原理進行了分析。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、字化實現(xiàn)的優(yōu)點，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段開關(guān)序列表，以實現(xiàn)適用于Z源逆變器的PWM調(diào)制策略；建立了三相Z源逆變器的開環(huán)控制仿真模型，驗證了SVPWM的有效性，并與采用加入死區(qū)的常規(guī)電壓源逆變器進行比較，說明了Z源逆變器在減少諧波方面的優(yōu)點。
　　 第四章對基于Z源逆變器的三相獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了分析：在d-q坐標系下建立了系統(tǒng)的全階物理模型：提出并設(shè)計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，運用仿真軟件分析了在輸入電壓階躍變化以及各種負載變化情況下，系統(tǒng)控制目標的實現(xiàn)情況。仿真結(jié)果顯示采用新控制方案的Z源光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)在輸入電壓發(fā)生變化或者負載發(fā)生變化時，具有更快動態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點。
　　 第五章對基于Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行了研究：在d-q坐標系下建立了系統(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)合實際環(huán)境溫度和日照強度變化特點，對系統(tǒng)各部分的時域響應(yīng)特性進行了分

8、析；對傳統(tǒng)的擾動/觀察法進行了改進，提出基于直接功率擾動的最大功率跟蹤方案：在此基礎(chǔ)上，提出了可以同時實現(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；通過軟件分析并驗證了控制策略的有效性，并進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)的實驗裝置平臺。并通過樣機試驗，進一步論證了Z源逆變器的工作特性以及性能。
　　 第七章對本文開展的工作進行總結(jié)，并對需進一