光伏发电系统的Z源变流器研究

作     者：廖锦涛 

作者单位：华东交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋平岗

授予年度：2009年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：Z源变流器 直通状态 状态空间平均 最大功率点追踪 

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。