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基于储能型准Z源级联H桥逆变器的光伏发电系统控制研究

基于储能型准Z源级联H桥逆变器的光伏发电系统控制研究

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作者：龙画画湖北民族大学

学位级别：硕士

随着传统化石能源的紧缺和环境污染问题的加剧,光伏发电以取之不尽用之不竭、清洁、环保等优势,成为了清洁能源中最广泛利用的方式,而光伏发电易受环境条件的影响,具有间歇性和不稳定性,逆变器作为连接光伏电池和用户/电网的核心部件,... 详细信息

随着传统化石能源的紧缺和环境污染问题的加剧,光伏发电以取之不尽用之不竭、清洁、环保等优势,成为了清洁能源中最广泛利用的方式,而光伏发电易受环境条件的影响,具有间歇性和不稳定性,逆变器作为连接光伏电池和用户/电网的核心部件,其结构、可靠性和效率等对整个系统有着至关重要的作用。对于常用的光伏逆变结构来说,级联H桥的光伏系统结构具有效率高、滤波器体积小、成本低及易于模块化等特点。准Z源的逆变拓扑结构对开关器件使用的稳定性高、效率和经济性也更好,但是应用单个光伏电池存在输出电压较低的缺陷。因此本文对储能型准Z源级联H桥拓扑结构的多电平逆变器（ES-qZS-CMI）进行设计,其集储能系统、准Z源网络、级联多电平逆变器于一身,在光伏发电系统中具有独特的优点。本文首先对ES-qZS-CMI的工作原理进行介绍,在ES-qZS-CMI的拓扑结构上推导出光伏电池板和储能电池的等效电路,由此建立光伏发电系统的直流分量和二倍频分量数学模型。该数学模型同时考虑了光伏板终端电容和储能电池对二倍频的影响,使对称阻抗网络结构中的两个电容和两个电感的参数无需分别相等,随机选取三组不同的阻抗网络参数后通过模型计算与仿真结果的对比验证了模型的有效性。其次,针对系统运行时的光照充分程度,提出了一种适用于高光强运行和弱光强运行时的综合控制策略,降低光照不充足的情况下对光伏电池发电的影响,确保系统能在不稳定的外界条件下正常运行。然后,针对传统主从控制和集中控制策略下系统控制复杂度较高的问题提出了一种ES-qZS-CMI模型开关管驱动预测控制算法,以此减少系统的控制环节,达到多个控制目标进行多线程协同工作避免控制环节复杂化的效果。最后,针对储能系统的蓄电池保护提出了一种蓄电池的SOC平衡控制方法,以此平抑系统的功率波动和防止荷电量快速降低对蓄电池造成损坏。

关键词：光伏发电储能型准Z源逆变器级联H桥结构开关管驱动预测控制 SOC平衡控制

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