光伏发电系统的Z源变流器研究

【摘要】：在当今能源日益紧张的大环境下,太阳能作为一种可再生能源,不仅是近期急需能源的补充,也必将是未来能源的发展方向。光伏发电作为新能源分布式发电的重要组成部分正蓬勃发展。变流器是光伏发电系统的核心部件。为提高光伏发电系统适应光伏阵列电压大范围波动的灵活性,可靠性,系统采用原本应用于燃料电池的Z源变流器结构。本文在对Z源变流器工作特性深入分析的基础上,对光伏发电系统进行研究。其中研究的主要内容有: 1.从Z源变流器拓扑结构,开关模式,等效电路工作状态以及控制脉冲序列四个方面进行分析Z源变流器正常工作原理,最后还分析非正常工作状态对Z源变流器正常工作的影响。 2.对Z源变流器进行了状态空间平均法的建模分析。建立了两种小信号模型:更注重负载对系统的影响的光伏发电系统带感性负载的Z源变流器小信号模型和更注重光伏阵列的模型对系统的影响的光伏发电系统的Z源变流器直流侧小信号模型,由此可以进行了模型分析与传递函数推导。 3.对Z源变流器简单升压控制、最大升压控制、最大恒升压控制、空间矢量修改法四种直通状态控制法进行了详细关系推导及分析比较。对光伏并网Z源变流器系统分别从输出并网电流闭环、电容电压闭环、光伏阵列输出电压闭环进行了闭环控制策略设计。调节器参数设计采用经典控制理论中的图解根轨迹法并满足动态特性指标方法,并以系统开环增益裕量和相位裕量进行稳定性验证。 4.对光伏电池的光电转换原理及其输出外特性和MPPT最大功率点控制策略进行分析论述,并对光伏电池建立了数学简化模型和对光伏阵列建立五参数等效模型。 5.对Z源变流器进行主电路参数设计。以抑制直流电压中低次电压波动量的方法设计Z源网络电容值,以抑制输出电流纹波特性和避免非正常状态的方法设计Z源网络电感值。并以matlab/simulink仿真软件平台验证分析的正确性,并通过比较分析证明Z源变流器是一种稳定性好,转换效率高,能够充分适应光伏阵列输出电压大范围波动的变流器。 【关键词】：Z源变流器 直通状态 状态空间平均 最大功率点追踪
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 世界与我国的光伏产业发展现状9-10
• 1.2 光伏发电系统概述10-12
• 1.3 本文主要内容12-14
• 第二章 Z 源变流器基本原理14-31
• 2.1 Z 源变流器的拓扑结构14-17
• 2.1.1 电压源型变流器的拓扑结构14-15
• 2.1.2 电流源型变流器的拓扑结构15-16
• 2.1.3 Z 源变流器的拓扑结构16-17
• 2.2 Z 源变流器的开关模式、等效电路和控制脉冲序列17-22
• 2.2.1 开关模式17-18
• 2.2.2 Z 源变流器的等效电路18-20
• 2.2.3 控制脉冲序列20-22
• 2.3 Z 源变流器的等效电路分析22-23
• 2.4 Z 源变流器的输入二极管电流与非正常工作状态23-31
• 2.4.1 输入二极管电流23-24
• 2.4.2 非正常工作状态24-26
• 2.4.3 改进型Z 源变流器拓扑结构26-31
• 第三章 Z 源变流器的建模31-39
• 3.1 电力电子系统建模概述31-32
• 3.2 Z 源变流器的状态空间平均法建模32-39
• 3.2.1 光伏发电系统带感性负载的Z 源变流器小信号模型32-34
• 3.2.2 光伏发电系统的Z 源变流器直流侧小信号模型34-39
• 第四章 Z 源变流器的控制39-66
• 4.1 传统变流器的控制39-42
• 4.1.1 正弦脉宽调制SPWM 控制39-40
• 4.1.2 空间矢量法SVPWM 控制40-42
• 4.2 Z 源变流器的直通状态控制42-53
• 4.2.1 简单控制42-44
• 4.2.2 最大升压控制44-47
• 4.2.3 最大恒升压控制47-50
• 4.2.4 空间矢量修改法控制50-53
• 4.3 Z 源变流器的系统控制策略53-66
• 4.3.1 并网电流闭环控制54-58
• 4.3.2 Z 源电容电压闭环控制58-62
• 4.3.3 光伏阵列输出电压闭环控制62-66
• 第五章 MPPT 最大功率点追踪控制策略66-77
• 5.1 光伏电池原理与特性66-72
• 5.1.1 光伏电池的光电转换原理66-67
• 5.1.2 光伏电池种类简介67
• 5.1.3 光伏电池等效电路模型67-69
• 5.1.4 光伏电池输出外特性69
• 5.1.5 光伏电池温度和日照强度对输出特性的影响69-70
• 5.1.6 光伏阵列PVA 的模型70-72
• 5.2 MPPT 最大功率点追踪72-77
• 5.2.1 恒定电压跟踪（Constant Voltage Tracking,CVT）法72-73
• 5.2.2 扰动观测（Perturb&Observe algorithms，P&O）法73-74
• 5.2.3 电导增量（Incremental Conductance，INC）法74-75
• 5.2.4 其它MPPT 方法75-77
• 第六章 Z 源变流器的仿真实验与分析77-99
• 6.1 Z 源的主电路设计77-82
• 6.1.1 Z 源网络的电容设计77-79
• 6.1.2 Z 源网络的电感设计79-82
• 6.2 Z 源变流器仿真模型建立82-94
• 6.2.1 光伏阵列模型建立82-85
• 6.2.2 最大功率点追踪（MPPT）模型建立85-86
• 6.2.3 Z 源变流器开关序列生成模型建立86-92
• 6.2.4 Z 源变流器系统模型建立92-94
• 6.3 仿真结果分析94-99
• 6.3.1 标准状况下的最大功率点追踪有效性94-95
• 6.3.2 Z 源变流器不同控制方法下的输出特性比较95-96
• 6.3.3 Z 源变流器系统输出特性96-99
• 第七章 总结与展望99-101
• 7.1 总结99-100
• 7.2 展望100-101
• 参考文献101-106
• 个人简历 在读期间发表的学术论文106-107
• 致谢107

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