基于Z源逆变器的光伏并网发电控制方法研究

【摘要】：由于传统化石燃料的不可再生性以及使用过程中带来的环境污染等问题，开发和利用新能源已经迫在眉睫。开发和利用太阳能是未来新能源重要的发展方向之一，而光伏发电已经成为开发和利用太阳能诸多途径中的主要途径，光伏并网发电技术是光伏发电技术中重要组成部分。 太阳能其中太阳能是未来能源发展的重点，而光伏发电则是太阳能应用发展的趋势，光伏并网发电已经成为新能源开发领域的一个重要方面。 作为光伏发电技术中核心部件的逆变器在太阳能转换和电能输送的过程中发挥着至关重要的作用。由于Z源逆变器能够克服传统逆变器的不足从而使逆变器的安全性和可靠性等性能获得明显提高，本文中的光伏并网发电系统用Z源逆变器取代传统电压型逆变器来担任起电能由直流到交流的转换任务。 本文首先分析了传统逆变器在实际应用中的局限性，然后着重地介绍了Z源逆变器特殊的拓扑结构和工作原理以及适用于Z源逆变器的几种调制策略，突出Z源逆变器在光伏发电应用技术中的优越性。 考虑到Z源逆变器拓扑结构的独特性，对Z源逆变器中Z源网络和逆变桥分别建立数学模型，并且利用两者间的联系得到在dq坐标系下三相Z源并网逆变系统的数学模型。为了实现对输出变量的闭环控制，将三相Z源并网逆变系统的控制系统分为三个闭环：并网电流环、Z网络电容电压环和直通矢量环。并网电流环实现逆变侧输出电流对电网电压的实时跟踪，使并网电能的功率因数为1。Z源网络电容电压环通过对电容电压的闭环控制来间接调整逆变桥直流侧母线电压。为了实现光伏阵列输出功率的最大化，通过控制Z源逆变器中直通零矢量占空比来调节光伏阵列的输出电压使其工作在对应于光伏阵列输出最大功率点的工作电压上。 本文在MATLAB的Simulink中建立了三相光伏并网发电系统的仿真模型，通过对光伏阵列输出电压波形、Z源网络电容电压波形和并网电流波形等仿真结果的分析，证明了建立的数学模型的正确性和采用的控制策略的可行性。 【关键词】：光伏发电 Z源逆变器 SVPWM 并网 闭环控制
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 能源与环境形势10
• 1.2 国内外光伏产业发展现状10-12
• 1.2.1 中国光伏产业的发展11
• 1.2.2 国外光伏产业的发展11-12
• 1.3 光伏并网系统概述12-14
• 1.3.1 光伏发电离网系统12-13
• 1.3.2 光伏发电并网系统13-14
• 1.4 课题研究内容14-15
• 2 Z 源逆变器基本原理15-20
• 2.1 逆变器的电路结构15-17
• 2.1.1 传统逆变器15-16
• 2.1.2 Z 源逆变器16-17
• 2.2 Z 源逆变器的工作原理17-20
• 3 PWM 调制方法20-29
• 3.1 Z 源逆变器的 SPWM 调制技术20-22
• 3.2 Z 源逆变器的 SVPWM 调制技术22-29
• 3.2.1 SVPWM 调制技术原理22-24
• 3.2.2 SVPWM 算法实现24-25
• 3.2.3 SVPWM 的直通零矢量控制25-29
• 4 三相 Z 源并网逆变系统的数学模型29-37
• 4.1 Z 源网络建模分析29-31
• 4.2 逆变侧建模分析31-32
• 4.3 三相 Z 源并网逆变器建模分析32-37
• 4.3.1 静止坐标系下的三相 Z 源并网逆变器的数学模型32-34
• 4.3.2 dq 坐标系下的三相 Z 源并网逆变器数学模型34-37
• 5 三相 Z 源光伏并网发电系统电路参数选取和控制系统设计37-60
• 5.1 三相 Z 源光伏并网发电系统电路参数选取37-43
• 5.1.1 交流侧并网电感的选取37-40
• 5.1.2 Z 源网络电容的选取40-41
• 5.1.3 Z 源网络电感的选取41-42
• 5.1.4 光伏阵列输出电容的选取42-43
• 5.2 并网系统控制策略43-54
• 5.2.1 并网电流内环44-49
• 5.2.2 Z 源电容电压外环49-53
• 5.2.3 光伏阵列直通零矢量环53-54
• 5.3 MATLAB 仿真的设计与实现54-56
• 5.3.1 SVPWM 仿真模型54-55
• 5.3.2 控制系统仿真模型55
• 5.3.3 三相 Z 源并网逆变系统仿真模型55-56
• 5.4 系统仿真结果分析56-60
• 6 结论60-61
• 参考文献61-63
• 攻读硕士期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64

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