基于Z源型逆变器的光伏并网发电系统的研究

为了可再生能源的利用和社会的持续发展,在世界范围内,光伏并网发电技术正在蓬勃发展。并网逆变器为整个光伏并网发电系统的核心部件,为提高光伏并网系统的灵活性、可靠性和并网电能的质量,系统的并网变流器单元可以采用一种全新的Z源型逆变器电路结构。本文在对Z源型逆变器深入分析的基础上,对整个光伏并网发电系统进行研究。其中主要研究内容有: 1.对Z源型逆变器的拓扑及工作原理进行深入分析。根据其逆变母线侧输出特性的不同分为电压模式Z源型逆变器(Voltage Mode Z-Source Inverter—VMZSI)和电流模式Z源型逆变器(Current Mode Z-Source Inverter—CMZSI),分别分析两者的工作原理及波形特性,并运用拓扑分析中的对偶原理推倒出两种工作模式具有对偶特性的结论。最后,通过与常规型逆变器的比较,得出它们之间的联系与区别,并对Z源逆变器的优、缺点进行总结。 2.对电压模式Z源型并网逆变器进行状态空间平均法进行建模分析。将功率变换开关电路的非线性时变方程逐步转化为线性时不变方程,并由此进行传递函数推导。 3.重点分析了VMZSI应用于光伏并网发电系统的控制策略。通过电路结构和控制目标将变换器控制系统分为三个闭环结构:并网交流电流环、Z源电容电压环、光伏阵列输入电压环。在对各个闭环控制原理分析的基础上,采用经典控制理论中图解根轨迹法对调节器参数进行设计,并以系统的动、稳态特性进行验证,得出满足系统设计要求的调节器。 4.对VMZSI系统的主电路参数进行设计。以满足快速电流跟踪和抑制电流谐波的原则设计交流电感;以抑制直流电压中二次电压波动量的原则设计Z源电容;以满足非谐振最小值和抑制纹波的原则设计Z源电感,以抑制电压纹波的条件设计光伏阵列滤波电容。 5.对应用于光伏发电系统的最大功率点跟踪(MPPT)方法和反孤岛保护进行分析和概述。MPPT方法主要介绍了扰动观测法和电导增量法,实现了功率寻优要求。反孤岛保护主要介绍了Sandia频移法的原理和工作过程,实现了可靠保护与稳定工作相结合。 6.为了验证分析地正确性,以功率为3Kw的VMZSI光伏并网系统进行实验,实验结果与仿真吻合,说明了系统设计的合理性。