基于Z源網(wǎng)絡(luò)的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究.pdf

1、光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能最重要的應(yīng)用形式，具有廣闊的發(fā)展前景。并網(wǎng)逆變器是連接光伏陣列模塊和電網(wǎng)的關(guān)鍵部件，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文所研究的Z源光伏并網(wǎng)逆變器屬于單級(jí)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、允許逆變橋同一橋臂上下功率器件直通、輸出波形畸變小等優(yōu)點(diǎn)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特別適用于光伏發(fā)電等輸入電壓變換范圍比較大的場合。
　　本文對(duì)單相Z源光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和并網(wǎng)控制策略進(jìn)行了深入的研究。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　深

2、入分析了單相Z源光伏并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)洹⑸龎涸?、換流過程和開關(guān)管電流電壓應(yīng)力，并詳細(xì)分析了單相Z源光伏并網(wǎng)逆變器的損耗，從而為系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)、器件和開關(guān)頻率的選取提供了重要的依據(jù)。
　　建立了 Z源網(wǎng)絡(luò)電路的小信號(hào)模型，并分析了 Z源網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)變化對(duì)其輸出特性的影響。Z源光伏并網(wǎng)逆變器采用了單級(jí)系統(tǒng)的雙級(jí)控制策略，通過調(diào)節(jié)直通占空比和調(diào)制因子分別實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制和逆變器并網(wǎng)電流控制。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，并網(wǎng)電流的頻繁變化將會(huì)

3、對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來負(fù)面影響。為此，本文在分析已有并網(wǎng)電流幅值控制方法的基礎(chǔ)上，提出了單周期電容電壓調(diào)節(jié)法來控制并網(wǎng)電流幅值。該方法能夠在一個(gè)工頻周期內(nèi)完成對(duì)光伏并網(wǎng)電流的調(diào)整，從而改善了并網(wǎng)電流的波形質(zhì)量，減小了并網(wǎng)電流的波動(dòng)。
　　無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器體積小、效率高、造價(jià)低，被廣泛地應(yīng)用于小功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中。本文分析了Z源光伏并網(wǎng)逆變器和全橋逆變器共模電流的產(chǎn)生機(jī)理。其中，Z源逆變器和采用單極性調(diào)制方式的全橋逆變器的共模

4、電壓是高頻脈沖電壓，會(huì)產(chǎn)生共模電流。因此需要在電網(wǎng)側(cè)加入工頻變壓器來消除共模電流。而在雙極性 PWM調(diào)制方式下，全橋逆變器的共模電壓恒定，不產(chǎn)生共模電流。但是，此調(diào)制方式不能消除輸出電流的直流分量。過大的直流分量會(huì)使變電所變壓器工作點(diǎn)偏移，增加電網(wǎng)電纜的腐蝕，燒毀輸入保險(xiǎn)，甚至增加諧波含量。為此本文提出一種新型控制算法來抑制直流分量的輸出。該算法使用兩個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)分別抑制由于調(diào)制脈寬不對(duì)稱和并網(wǎng)電流檢測誤差引起的直流分量。它無需增加外圍硬

5、件電路，并且所增加的環(huán)節(jié)只占用很少的控制芯片資源。
　　定電壓跟蹤法控制精度差，但在低光照強(qiáng)度下具有更高的效率，而擾動(dòng)觀察法在高光照強(qiáng)度下具有較高的效率。為此，本文將定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀察法與Z源逆變器的特點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合，提出一種適用于Z源光伏并網(wǎng)逆變器的變直通占空比擾動(dòng)觀察方法。采用定電壓法啟動(dòng)Z源光伏并網(wǎng)逆變器，從而減小了系統(tǒng)在啟動(dòng)過程中頻繁的擾動(dòng)，提高逆變器穩(wěn)定性。在低光照強(qiáng)度下應(yīng)用定電壓跟蹤法，而在高光照強(qiáng)度下使用擾動(dòng)觀察法

6、，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)在不同的光照強(qiáng)度下最大功率跟蹤算法的效率。
　　當(dāng)電網(wǎng)因?yàn)楣收匣蛘咄ｋ娋S修而跳脫時(shí)，若系統(tǒng)不能及時(shí)檢測出斷電狀態(tài)且迅速將自身切離電網(wǎng)，將會(huì)發(fā)生孤島效應(yīng)。孤島情況一旦發(fā)生，常會(huì)導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的問題。為此，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)具有防止孤島現(xiàn)象的功能，從而保證系統(tǒng)的正常工作。本文詳細(xì)分析過/欠壓、過/欠頻被動(dòng)式孤島檢測方案和滑模頻移主動(dòng)式檢測方案的工作原理以及在不同坐標(biāo)系下的非檢測區(qū)域。由于滑模頻移法未設(shè)初始相位，理論上不

7、能保證電網(wǎng)瞬間觸發(fā)頻率偏移。為此，本文提出一種新型的自適應(yīng)滑模頻移方法。該方法設(shè)置了初始相位角，并且在實(shí)測頻率偏差超出誤差范圍時(shí)，以正反饋方式增加最大相位角和初始相位角，從而加速了公共節(jié)點(diǎn)電壓頻率的偏移，縮短了檢測孤島的時(shí)間。
　　在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套1.5kW單相 Z源光伏并網(wǎng)逆變器裝置。本裝置以 TMS320F2812為主控制芯片，整機(jī)的最大效率在94％以上，功率因數(shù)超過了0.99。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的新型控制