基于改進(jìn)型準(zhǔn)Z源的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及傳統(tǒng)能源危機(jī)日益嚴(yán)重，綠色新能源得到迅速發(fā)展，太陽(yáng)能以其成本低廉、無(wú)污染，且取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越多的關(guān)注。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是當(dāng)今太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)，對(duì)于緩解世界能源危機(jī)和改善環(huán)境污染問(wèn)題具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為了進(jìn)一步提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率與安全穩(wěn)定性，本文以三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)系統(tǒng)中的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、局部陰影下最大功率點(diǎn)跟蹤算法、快速孤島檢測(cè)算法及低電壓穿越控

2、制策略等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，并設(shè)計(jì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　準(zhǔn)Z源逆變器(qZSI)是以Z源逆變器(ZSI)為基礎(chǔ)的一種改進(jìn)型電路拓?fù)?，因其克服了ZSI固有的諸多缺陷，已在光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而qZSI與ZSI的升壓倍數(shù)相同，故對(duì)于存在較大輸入范圍的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)而言仍略顯不足。因此，為了提高qZSI的升壓能力，本文將抽頭電感應(yīng)用到qZSI當(dāng)中，提出了一種改進(jìn)型準(zhǔn)Z源逆變器(TqZSI)。

3、通過(guò)調(diào)節(jié)抽頭電感的匝比，在大幅度提升升壓能力的同時(shí)降低了電容電壓應(yīng)力。詳細(xì)分析了TqZSI的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理，并從升壓能力及器件電壓應(yīng)力等方面與傳統(tǒng)qZSI及開(kāi)關(guān)電感型準(zhǔn)Z源逆變器(SL-qZSI)進(jìn)行分析與比較，同時(shí)推導(dǎo)和建立了改進(jìn)型準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)的小信號(hào)模型，分析各參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)特性的影響。仿真結(jié)果表明，相對(duì)于qZSI及SL-qZSI，TqZSI具有更高的升壓能力以及更小的器件電壓應(yīng)力。
　　最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)是光伏并網(wǎng)

4、發(fā)電系統(tǒng)的必備功能之一，在局部陰影條件下，光伏陣列由于不匹配現(xiàn)象致使其輸出功率呈現(xiàn)多功率峰值點(diǎn)特性，傳統(tǒng)MPPT算法可能無(wú)法跟蹤到全局最大功率點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文利用Matlab建立光伏陣列在局部陰影條件下的仿真模型，通過(guò)對(duì)光伏陣列在不同陰影條件下的輸出特性進(jìn)行仿真與分析，歸納總結(jié)出光伏陣列在復(fù)雜光照條件下功率峰值點(diǎn)的分布規(guī)律，并根據(jù)這一規(guī)律提出一種改進(jìn)型MPPT算法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在有/無(wú)陰影條件下均能快速跟蹤到全局最大功率點(diǎn)這一目標(biāo)，

5、有效提升了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。
　　隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，孤島問(wèn)題日益突顯，根據(jù)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，小型光伏電站在接入電網(wǎng)時(shí)應(yīng)具備孤島檢測(cè)功能。針對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)檢測(cè)法存在較大的檢測(cè)盲區(qū)，主動(dòng)檢測(cè)法會(huì)對(duì)電能質(zhì)量造成影響，本文重點(diǎn)分析研究光伏并網(wǎng)逆變器在孤島情況下的輸出特性，公共耦合點(diǎn)(PCC)處電壓不平衡度的動(dòng)態(tài)變化特性及其與有功電流之間的相互關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出基于有功電流-電壓不平衡度正反饋的孤島

6、檢測(cè)方法，通過(guò)檢測(cè)PCC處電壓不平衡度來(lái)判定孤島是否發(fā)生。在正常情況下，有功電流-電壓不平衡度正反饋回路的引入，幾乎不會(huì)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器輸出電能質(zhì)量造成影響，而在孤島情況下，正反饋回路將會(huì)使PCC處電壓不平衡度快速偏離正常范圍，實(shí)現(xiàn)了無(wú)盲區(qū)與非破壞性孤島檢測(cè)。同時(shí)設(shè)定偽孤島的判定條件，能夠有效避免偽孤島情況下的誤操作，有效提高了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。為了計(jì)算PCC處電壓不平衡度，需要正確提取電網(wǎng)正序電壓分量及負(fù)序電壓分量，針對(duì)這

7、一問(wèn)題，本文重點(diǎn)分析研究基于解耦的正、負(fù)序電壓分量檢測(cè)算法，并給出其工程實(shí)現(xiàn)方法。
　　國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定大中型光伏電站在接入電網(wǎng)時(shí)應(yīng)具備低電壓穿越(LVRT)能力，以提高并網(wǎng)發(fā)電的輸電質(zhì)量和維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過(guò)建立光伏并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)平衡跌落與不平衡跌落情況下的數(shù)學(xué)模型，分析光伏并網(wǎng)逆變器在兩種情況下的輸出特性，重點(diǎn)研究在電網(wǎng)不平衡跌落條件下，以抑制網(wǎng)側(cè)負(fù)序電流為目標(biāo)，適用于改進(jìn)型準(zhǔn)Z源并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越控制策略。通過(guò)

8、采用正序變流器與負(fù)序變流器并聯(lián)的雙變流器結(jié)構(gòu)，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的正序輸出電流、負(fù)序輸出電流分別進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)抑制網(wǎng)側(cè)負(fù)序電流的影響與波形發(fā)生畸變。同時(shí)，提出一套光伏并網(wǎng)逆變器在低電壓期間有功電流與無(wú)功電流的設(shè)定方法，使其能夠在電網(wǎng)跌落時(shí)為電網(wǎng)提供無(wú)功支持。
　　最后，搭建以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TMS320F28335為核心的光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)上述所提TqZSI、快速孤島檢測(cè)算法及低電壓穿越控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)