儲(chǔ)能型QuasI-Z源級聯(lián)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(guān)鍵部件，其可靠性、運(yùn)行效率以及制作成本對整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)至關(guān)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(yīng)用中存在著不足，眾多學(xué)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(lián)多電平逆變器(Cascade

2、 Multilevel Inverter，CMI)。
　　本文根據(jù)研究現(xiàn)狀，提出了三種新型逆變器拓?fù)?，并將其?yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，對其基本理論進(jìn)行研究，并提出了相應(yīng)的控制策略。具體如下:
　　首先，結(jié)合光伏發(fā)電的特點(diǎn)以及用戶的需求，提出了適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能型qZSI(Energy Stored qZSI，ES-qZSI)。對ES-qZSI進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，詳細(xì)分析了電路中各狀態(tài)變量以及各功率的關(guān)系。將ES-qZSI分別應(yīng)用于

3、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)以及并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，并研究了相應(yīng)的控制策略。特別地，針對系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池，本文提出了儲(chǔ)能電池能量管理控制策略來確保儲(chǔ)能電池的安全工作。
　　其次，鑒于qZSI、ES-qZSI以及CMI的優(yōu)點(diǎn)，提出了qZS級聯(lián)多電平逆變器(qZS-CMI)和儲(chǔ)能型qZS級聯(lián)多電平逆變器(Energy Stored qZS-CMI，ES-qZS-CMI)，并將這兩種逆變器分別應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中。該部分研究主要包括以下幾個(gè)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(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，首次推導(dǎo)得出了精確計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)變量2倍頻分量的數(shù)學(xué)公式。以此為基礎(chǔ)，分析了系統(tǒng)狀態(tài)變量2倍頻分量隨qZS網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化規(guī)律，提出了抑制2倍頻紋波的qZS網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。詳細(xì)分析了qZSI模塊中各器件的工作狀態(tài)、換流過程以及導(dǎo)通電流，計(jì)算了qZSI模塊的功率損耗以及運(yùn)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(shù)進(jìn)行了整定。該部分研究為此類qZS-CMI的參數(shù)設(shè)計(jì)、器件選取提供了重要依據(jù)。
　　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(shí)現(xiàn)對光伏電池的分布式MPPT控制，又可以確保每個(gè)模塊擁有相同的直流母線電壓，同時(shí)整功率因數(shù)并網(wǎng)。
　　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(shí)現(xiàn)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