Z源逆变器在光伏并网供电系统中的应用研究

发布时间：2020-09-07 09:50

　　近几年,太阳能中的光伏发电技术因其受地域影响较小,得到了迅猛发展。而并网逆变器作为光伏并网发电系统的核心,其性能的好坏直接决定了输出电能的质量以及光伏并网系统的安全可靠运行。因此对逆变器拓扑及控制策略的研究具有十分重要的现实意义。其中Z源逆变器拓扑因其独特的阻抗网络可实现任意升降压功能而受到广泛关注。为了更好地满足光伏发电系统对升压能力和输入电流的较高要求,本文首先针对Z源逆变器输入电流断续、升压能力有限、电容电压应力大等不足,对三种改进型Z源逆变器拓扑:准Z源逆变器、开关电感准Z源逆变器、改进型开关电感准Z源逆变器进行了详细分析,并通过仿真证明了在比较升压能力、元器件容量和成本以及应用背景的前提下高升压能力的改进型开关电感准Z源逆变器更适用于光伏发电等输入电压变化范围较大的场合。其次对基于Z源逆变器的光伏并网系统的控制策略进行了分析研究,在满足并网电能质量及保证系统安全可靠运行的前提下,对系统的最大功率跟踪控制、Z源电容电压控制以及逆变侧并网电流控制进行了分析设计。并通过Matlab/Simulink对Z源逆变器光伏并网控制系统进行了仿真,仿真结果验证了Z源逆变器光伏并网控制方法输出电能质量较好,有较好的动态性能和稳态性能。最后针对光伏并网系统中出现的孤岛效应,对系统进行了孤岛保护。在分析了孤岛发生机理的基础上,搭建了基于主动式频率偏移孤岛检测法的仿真模型,仿真结果证明了主动式频率偏移孤岛检测法能够快速有效的检测出孤岛并防止孤岛的发生。
【学位单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM464
【部分图文】：

等效电路图,电压源逆变器,逆变器

需保证光伏阵列始终工作在最大功率点处[9]。光伏并网逆变器的工作性质及性坏直接决定了光伏并网系统的安全可靠运行，因此对光伏并网逆变器的研究十要。随着对光伏发电系统的应用研究，各种各样的逆变器也逐渐应用于光伏发电。传统光伏并网逆变器包括电压源型逆变器和电流源型逆变器，两种逆变器在及控制技术上都相对较为成熟，但其应用在光伏并网发电系统中存在功率级数靠性差、成本高及转换效率较低等缺陷。而正是传统光伏并网逆变器的这些缺制了其适用范围。.2.1 电压源型逆变器所谓电压源型逆变器(Voltage Source Inverter-VSI)，顾名思义，逆变器的直流压基本维持恒定。其等效电路图如图 1-1 所示[10]。由图 1-1 可知，为了维持VS侧电压的恒定，逆变器直流侧通常并联一大电容或逆变器直流侧为一恒定的电，目前电压源逆变器广泛应用于功率变换等场合，故其在光伏发电场合应用较泛[11]。

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第 1 章绪论2) 逆变器的同一个桥臂上下两个开关管不能同时导通。因此需加入一定的死区时间，这就导致并网电流的谐波畸变率较大，进而影响输出电能质量[14]。3) 电压源型逆变器只能连接感性负载，因此负载性质限制了电压源型逆变器的应用范围。1.2.2 电流源型逆变器所谓电流源型逆变器(Current Source Inverter-CSI)，顾名思义，逆变器的直流侧电流基本维持恒定。为了维持直流侧电流的恒定，逆变器直流侧通常串联一大电感或逆变器直流侧为一恒定的电流源，其等效电路图如图 1-2 所示[10]。

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河北科技大学硕士学位论文降压的功能，因此在光伏发电等电压变化范围较大的场合，就需要与 DC-DC 变换电路配合使用，这样就会导致该系统的成本升高、电路和控制的复杂性增加、效率降低、可靠性也随之降低。因此随着光伏并网技术的发展，对并网逆变器的要求也越来越高，国内外科研工作者开始了对新型并网逆变器的探索，以期在满足各种性能指标的前提下，达到经济和效果最优的目的。1.3 Z 源逆变器研究现状针对传统电压源型逆变器同一桥臂上、下开关管不能同时导通，在工作过程中必须加入一定的死区时间来保护器件，导致输出波形畸变，输出电能质量不高，且只能实现降压功能等缺陷[15]，2003 年彭方正教授提出了 Z 源逆变器[16]。Z 源逆变器的原理图如图 1-3 所示。

【参考文献】