基于Z源逆变器的光伏并网发电系统研究

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太阳能发电是重要的可再生能源技术之一,其中逆变器承担着至关重要的核心角色。通常为了获得较高的逆变输出,会在逆变器的前端增加升压电路构成两级式逆变器,经过两级变换不仅降低了效率,而且严格禁止逆变桥上下桥臂直通状态的发生。本文以Z源逆变器为研究对象,针对其在光伏并网发电系统中的具体应用,对其并网控制方案和防孤岛保护等进行深入详细的研究。本文首先总结了国内外光伏并网发电技术发展现况,明确并网逆变器的作用及设计指标,将Z源逆变器和传统的逆变器对比分析,其电容和电感构成独特的Z网络不仅能够适应各种输入源,而且由于Z网络的升降压特性使其具有更宽的输入电压范围;并且Z源逆变器允许直通状态的存在,使得系统的可靠性得到大大的提高。然后,依据Z源逆变器与电网并联需满足的条件来确定控制目标,建立并网逆变器的模型来设计控制器,由于模型在d、q轴上的耦合,在电流内环闭环矢量控制时,将三相电流交流量变换到同步坐标系下的直流量并变换用作前馈的解耦量,采用经典的PI控制达到交流量的无静差控制,再将矢量的定向选择为电网电压,即q轴分量为零,在电网稳定平衡时,将带有直通零矢量的SVPWM波用到Z源升压和逆变并网控制中,控制电流在d、q轴的分量就可以实现并网有功和无功的独立控制,使输出并网电流与电网电压同频率同相位。最后,在MATLAB环境下验证,控制Z网络的直通矢量的占空比可以实现Z网络的升压;采用电网电压定向的带有直通零矢量的并网控制方案能够实现并网无功电流和有功电流的单独控制,系统可以工作在单位功率因数并网运行状态。设计10kW实验样机,在对实验波形和数据详细分析后,结果表明基于Z源逆变器的三相光伏并网发电系统的控制方案达到了预计的控制目标。并且系统采取主动频率偏移的防孤岛措施来保证安全,仿真中检测时间小于规定的最大值。
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