開關電感型準Z源光伏并網逆變系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、并網逆變器在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中占據核心位置，起著光伏模塊與公用電網的橋梁連接作用。Z源逆變器(Z Source Inverter，ZSI)相對于傳統(tǒng)的電壓源型逆變器(VoltageSource Inverter，VSI)具有明顯優(yōu)勢，如利用上下橋臂直通實現升壓、單級變換易于提高轉換效率、輸出波形畸變率低等優(yōu)點，其研究對于輸入電壓等級較低的新能源發(fā)電尤其是光伏發(fā)電場合具有極其重要的意義。然而，Z源逆變器仍然存在著一定的局限性，如輸入電流斷

2、續(xù)、升壓能力有限、啟動沖擊電流大、器件應力過高、在大功率場合存在較大直通電流等問題。針對上述問題，本文從電路結構、模型分析及控制、應用方面進行探討和研究，主要內容如下:
　　針對傳統(tǒng)開關電感型準Z源逆變器在低直通比下升壓能力有限的缺點，本文對傳統(tǒng)開關電感進行了改進，用自舉電容替代傳統(tǒng)開關電感中的一個二極管，提出了一種新型開關電感準Z源逆變器，沒有改變器件數量和電路復雜度的情況下，在低直通比時能實現較高的升壓倍數。在最大升壓控制和最

3、大恒定升壓控制兩種調制策略的基礎上，將新型開關電感準Z源拓撲分別與傳統(tǒng)準Z源拓撲、開關電感型準Z源拓撲進行對比分析，仿真和實驗結果表明新型開關電感準Z源拓撲不僅具有更強的升壓能力，而且在電容和開關器件應力、電感電流脈動、二極管反向電壓和轉換效率等方面都具有一定的優(yōu)勢。
　　為進一步研究新型開關電感準Z源逆變器的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能，利用狀態(tài)空間平均法建立了小信號模型，綜合考慮了負載、阻抗網絡器件、直通比等因素，并利用零極點圖對系統(tǒng)性能進

4、行分析，為阻抗網絡的優(yōu)化設計和逆變器控制器設計提供了理論依據。結合傳統(tǒng)的直流鏈電壓間接控制法和直接控制法，提出了一種改進型直接控制方式，利用采樣的兩個電容電壓之和代替直流鏈電壓進行閉環(huán)控制，保證直流鏈電壓穩(wěn)定。結合MPPT算法、直流鏈電壓閉環(huán)控制及并網電流控制，提出了一種適用于準Z源光伏系統(tǒng)的并網控制方式，仿真結果和實驗結果證明，該策略不僅能有效地實現系統(tǒng)最大功率跟蹤控制及網絡阻抗的直流鏈電壓穩(wěn)定，而且能保證較好的動態(tài)跟蹤效果。

5、　　傳統(tǒng)電流斷續(xù)型準Z源逆變器相對于電流連續(xù)型拓撲具有較小的電容電壓應力，但是因為輸入電流斷續(xù)而無法使光伏電池處于最佳工作狀態(tài)。針對此，本文提出了一種延展型開關電感準Z源拓撲，將電流斷續(xù)型準Z源拓撲與傳統(tǒng)boost電路相結合，實現了輸入電流連續(xù)，通過兩級升壓提高了系統(tǒng)升壓能力，而且在最大恒定升壓調制方式下，該拓撲相對于傳統(tǒng)準Z源拓撲和開關電感型拓撲具有較小的電容電壓應力、直流鏈電壓應力、二極管反向電壓應力以及較高的轉換效率。
　　

6、當Z源逆變器應用于輸入電壓較低、輸出電流較大的場合，較大的直通比會增大直通電流，因而不利于器件的選擇，且會增加系統(tǒng)的體積和成本，降低轉換效率。針對此，本文將多個隔離型準Z源逆變器模塊以輸入并聯輸出并聯的方式組合在一起，利用并網控制方式實現功率均分以降低單個逆變器模塊的功率，從而降低器件的電壓電流應力。提出了兩種隔離式開關電感型準Z源逆變器，相比傳統(tǒng)隔離式準Z源拓撲具有更大的升降壓能力，更適用于輸入輸出需要電氣隔離、且輸入電壓波動較大的場