Z源光伏并网逆变系统的研究

【摘要】：随着能源危机，环境污染问题日益突出，太阳能光伏行业近些年来得到了发展迅猛，所以对以光伏发电的并网逆变技术的研究也是也来越迫切。传统的光伏逆变器系统电路拓扑复杂，效率低下，而本文以美国密西根大学彭方正教授2002年提出的Z源逆变器为研究对象，提出了一种新型的光伏发电并网控制系统——Z源光伏并网逆变系统。本文主要做了以下的研究： 首先对Z源逆变器的拓扑及工作原理进行分析。在直流电源与逆变器之间增加了一个Z源网络，Z源网络是由两个参数相同的电容和两个电感交叉构成。通过与传统逆变器的研究比对，从而得出了Z源光伏并网逆变器的优点。应用电路原理分析了Z源光伏并网逆变器主电路拓扑，根据自动控制原理建立数学模型，把Z源光伏并网逆变系统简化为Z源网络和逆变器两部分的数学模型来等效建模。 本文给出了Z源逆变器的总体控制方案的，提出了一种空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）控制技术，根据Z源逆变器直通零状态和传统零状态对负载作用效果，每个载波周期内将一部分传统零状态作用时间直接由直通零状态来代替而生成Z源逆变器的SVPWM控制，即得出了空间矢量PWM控制，更为高效和可靠。 根据光伏电池阵列的输出特性，最后本确定了扰动观察法的MPPT控制方法，由仿真图中得知，只要选取适当的扰动步长，那么改进的扰动观察法POb具有很好的跟踪特性，是输出始终在最大功率点附近，从而提高了发电效率。 最后用MATLAB/SIMUlink中的SimPowerSystems建立了电压型Z源逆变系统的仿真平台，进行仿真实验，仿真结果表明了Z源光伏并网逆变系统具有不可比拟的优越性，逆变器输出的交流电压具有很好正弦特性，满足并网电压电流的谐波特性，从而验证了控制系统的优良性能。 【关键词】：Z源逆变器 最大功率点跟踪MPPT 空间矢量脉宽调制 直通零状态
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 课题的研究背景及意义8-13
• 1.1.1 国内外太阳能发电现状8-12
• 1.1.2 光伏并网逆变技术12-13
• 1.2 Z 源光伏并网逆变技术13-17
• 1.2.1 光伏并网发电原理13-14
• 1.2.2 传统并网逆变器14-16
• 1.2.3 目前光伏并网逆变器所面临的问题16-17
• 1.3 Z 源逆变器的提出17
• 1.4 本文主要研究内容17-20
• 2 Z 源逆变器的工作原理及数学建模20-38
• 2.1 传统逆变器工作原理20-23
• 2.1.1 传统电压源逆变器工作原理20-21
• 2.1.2 传统电流源逆变电路工作原理21-23
• 2.2 Z 源逆变器的工作原理23-27
• 2.2.1 Z 源逆变器的直通模式25-26
• 2.2.2 Z 源逆变器的非直通模式26-27
• 2.3 Z 源逆变器的建模27-35
• 2.4 Z 源逆变器的整体建模35-36
• 2.5 本章总结36-38
• 3 Z 源逆变器的 PWM 控制38-48
• 3.1 Z 源光伏并网逆变器控制方案38-39
• 3.2 正弦脉宽调制(SPWM)技术39-41
• 3.2.1 单极性的正弦脉宽调制（SPWM）40
• 3.2.2 双极性的正弦脉宽调制40-41
• 3.3 Z 源逆变器的调制41-43
• 3.4 SVPWM 调制算法43-44
• 3.5 SVPWM 建模分析44-47
• 3.6 本章小结47-48
• 4 最大功率点跟踪方法48-60
• 4.1 光伏电池的基本特性48-50
• 4.2 最大功率跟踪技术50-54
• 4.2.1 恒定电压跟踪法(Constant Voltage Tracking，CVT)50-51
• 4.2.2 电导增量法（Incremental Conductance，IC）51-52
• 4.2.3 开路电压法(Open Circuit Voltage，OCV)52-53
• 4.2.4 短路电流脉冲法（SC）53-54
• 4.3 扰动观察法(Perturbation and Observation，P&O)54-56
• 4.4 扰动观察法仿真分析56-59
• 4.5 结论59-60
• 5 Z 源光伏并网逆变器 MATLAB 仿真60-68
• 5.1 Z 源逆变系统中主要元器件60-62
• 5.1.1 功率开关管 IGBT60-61
• 5.1.2 电压电流检测61-62
• 5.2 电力电子电路仿真分析62-66
• 5.3 本章小结66-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 附录：硕士研究生阶段研究及获奖成果76-77
• 发表论文76
• 专利申请76
• 著作76-77
• 获奖成果77

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