光伏發(fā)電系統(tǒng)中Z源逆變器的控制技術(shù)研究.pdf

1、太陽能以其獨特的優(yōu)點成為可再生能源的選擇，因此光伏發(fā)電技術(shù)成為了新能源領(lǐng)域的研究熱點，未來光伏發(fā)電能否普及，在很大程度上取決于系統(tǒng)自身的成本、轉(zhuǎn)換效率、可靠性、靈活性等諸多因素。Z源逆變器作為一種新的變換拓撲有其特殊性，它采用兩個電感和兩個電容組成無源網(wǎng)絡(luò)連接光伏陣列與逆變橋，通過控制其特有的直通工作狀態(tài)時間來實現(xiàn)逆變器直流側(cè)升壓，從而達到在單級系統(tǒng)上實現(xiàn)傳統(tǒng)的兩級控制。Z源逆變器用于光伏發(fā)電系統(tǒng)在降低光伏系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性及改善

2、系統(tǒng)效率等方面都具有積極的意義。本文選用Z源逆變器作為光伏系統(tǒng)的功率變換單元，在此基礎(chǔ)上進行其高效并網(wǎng)的關(guān)鍵控制技術(shù)的研究及其相關(guān)非線性行為的分析，主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 ①根據(jù)光伏電池的電氣特性建立了光伏陣列通用模型，詳細分析了光伏陣列在局部陰影條件下的多峰值特性。為克服傳統(tǒng)最大功率點跟蹤(MPPT)算法在多峰值跟蹤過程易陷入局部最優(yōu)的困境，提出了一種基于雙載波混沌搜索的最大功率點跟蹤算法，有效地實現(xiàn)了多峰值下的最大

3、功率點尋找。為進一步提高搜索效率與搜索精度，在該算法的基礎(chǔ)上結(jié)合空間尺度變換大大改善了搜索效果。
　　 ②根據(jù)Z源逆變器在直通狀態(tài)和非直通狀態(tài)下的等效電路，建立了Z源逆變器直流鏈電路的狀態(tài)空間模型，引入了直流閉環(huán)控制提高系統(tǒng)的給定跟蹤能力和抗干擾能力。從系統(tǒng)存在的非線性問題出發(fā)，建立適用于非線性控制的Z源逆變器直流鏈仿射模型，提出了采用基于微分幾何理論的精確線性化方法對該模型進行線性化處理，該線性化過程不同于傳統(tǒng)建模在某一平衡點

4、處進行近似線性化的處理，打破了傳統(tǒng)建模只在平衡點周圍進行小擾動下才準確的局限。結(jié)合最優(yōu)化控制使系統(tǒng)獲得優(yōu)良穩(wěn)定的高品質(zhì)輸出。為了進一步推廣，針對不對稱Z源網(wǎng)絡(luò)做進一步分析，在其控制部分引入零動態(tài)設(shè)計，在不影響其控制性能的前提下簡化了控制。
　　 ③研究了Z源光伏逆變器并網(wǎng)逆變側(cè)的控制技術(shù)。通過不同逆變控制策略的對比，選擇響應(yīng)快精度高的滯環(huán)電流控制，為克服滯環(huán)電流控制中開關(guān)頻率不固定導(dǎo)致濾波環(huán)節(jié)設(shè)計困難的問題，設(shè)計了定頻滯環(huán)電流控

5、制，分析定頻原理，在其實現(xiàn)部分采用了對模型要求不高、設(shè)計簡單且魯棒性好的模糊控制技術(shù)。根據(jù)實際光伏逆變器輸出誤差變化范圍，設(shè)計了相應(yīng)的隸屬度函數(shù)及控制規(guī)則，并依照輸出電流與參考電流之間不出現(xiàn)松弛跟蹤的原則設(shè)計了逆變側(cè)濾波電感。最后在定頻的基礎(chǔ)上采用邏輯分析將直通矢量插入滯環(huán)控制。
　　 ④由于在仿真中發(fā)現(xiàn)Z源逆變器直流鏈存在的若干非線性現(xiàn)象，指出傳統(tǒng)小信號建模分析省略部分高階量的局限性，驗證了Z源逆變器光伏系統(tǒng)屬于反饋控制型逆變

6、器的非線性本質(zhì)。從狀態(tài)方程出發(fā)分別討論Z源逆變器直流鏈與逆變側(cè)的非線性行為，用以揭示其分岔及混沌特性。在分析Z源逆變器直流鏈與逆變側(cè)工作原理的基礎(chǔ)上，分別建立其頻閃映射離散模型，采用Jacobian矩陣法、Lyapunov指數(shù)分析等方法對進行了準確、數(shù)值化的分析。對直流鏈部分選擇輸入電壓Vin和并網(wǎng)參考電流iref作為變化參數(shù)，分別針對Z源電感、Z源電容、輸入電壓、參考電流等參數(shù)確定其穩(wěn)定域；對逆變側(cè)在直流鏈輸出電壓、反饋系數(shù)及輸出濾波