基于Z源網(wǎng)絡(luò)的三端口光伏系統(tǒng)研究.pdf

1、太陽能以資源豐富、無污染等優(yōu)點(diǎn)成為解決能源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題最重要的新型能源之一。隨著人類環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)和光伏電池價(jià)格逐漸下降,各國(guó)都致力于太陽能光伏發(fā)電的開發(fā)和使用。然而,太陽能光伏發(fā)電受外部環(huán)境影響比較大,波動(dòng)的輸出功率很難為負(fù)載或者電網(wǎng)提供穩(wěn)定、連續(xù)的電能。為了克服這個(gè)缺點(diǎn),具有存儲(chǔ)能力的三端口光伏系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于獨(dú)立用戶、航天太空站、可調(diào)度并網(wǎng)等領(lǐng)域,它不僅增強(qiáng)了太陽能光伏使用的靈活性,而且還提高了系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量。

2、為了進(jìn)一步提高太陽能光伏模塊的利用率和并網(wǎng)的電能質(zhì)量及延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命,本文對(duì)三端口光伏系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、能量協(xié)調(diào)控制、并網(wǎng)控制策略和孤島檢測(cè)技術(shù)等進(jìn)行了深入研究。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　三端口光伏拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分,傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因?yàn)檗D(zhuǎn)換級(jí)數(shù)和開關(guān)器件多及高頻變壓器的應(yīng)用不僅增加了系統(tǒng)的體積和重量,而且還增加了系統(tǒng)的損耗。為了克服上述缺點(diǎn),同時(shí)保護(hù)蓄電池充放電的安全,本文提出了基于Z源網(wǎng)絡(luò)的新型三端口光伏拓

3、撲結(jié)構(gòu),該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集升降壓、逆變、雙向充放電、最大功率點(diǎn)跟蹤等功能于一體。其簡(jiǎn)潔緊湊的結(jié)構(gòu)和高效的工作方式降低了系統(tǒng)體積、重量和成本,提高了太陽能光伏模塊的利用率和系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量。
　　基于Z源網(wǎng)絡(luò)的三端口光伏系統(tǒng)的Z源逆變器部分采用在SPWM零狀態(tài)處插入直通占空比的單級(jí)控制策略,通過調(diào)節(jié)直通占空比和調(diào)制因子分別實(shí)現(xiàn)直流母線升壓和系統(tǒng)逆變輸出的控制,其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)。但是在感性負(fù)載情況下,逆變輸出波形出現(xiàn)畸變現(xiàn)象并且諧波

4、含量大,為此本文提出了一種改進(jìn)的SPWM控制方法。在不增加外部器件的前提下,換向時(shí)開啟上橋臂為電流提供續(xù)流通道,從而消除輸出電流和電壓波形的畸變現(xiàn)象,降低了輸出電流的諧波含量,提高了系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量。通過建立基于Z源網(wǎng)絡(luò)的三端口光伏系統(tǒng)的小信號(hào)模型分析了Z源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、直通占空比,負(fù)載和輸入電壓等系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)其輸出特性的影響。
　　太陽能光伏模塊輸出功率隨外界環(huán)境變化而變化,具有較大的波動(dòng)性,將會(huì)影響負(fù)載的正常運(yùn)行或注入電網(wǎng)的

5、電能質(zhì)量。基于Z源網(wǎng)絡(luò)的三端口光伏系統(tǒng)通過控制蓄電池的充放電,可以消除天氣對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。因此三端口的能量管理是保證太陽能光伏模塊、蓄電池和負(fù)載三者之間高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。根據(jù)太陽能光伏模塊和負(fù)載之間的供求關(guān)系及蓄電池所處的狀態(tài),本文提出了一種適用于基于Z源網(wǎng)絡(luò)的三端口光伏系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)控制方法,在保證負(fù)載穩(wěn)定工作的前提下,提高了太陽能光伏模塊的利用率和延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。
　　基于Z源網(wǎng)絡(luò)的三端口光伏系統(tǒng)輸出端不僅可連接負(fù)

6、載構(gòu)成獨(dú)立型光伏系統(tǒng)而且還可連接電網(wǎng)形成可調(diào)度型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是使注入電網(wǎng)的電流值保持恒定,避免了太陽能光伏模塊輸入功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的不利影響,而且還具有調(diào)節(jié)晚間電網(wǎng)峰值的作用。本文采用準(zhǔn)比例諧振并網(wǎng)電流控制方法,提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,減小了并網(wǎng)電流的波動(dòng),并且通過修正調(diào)制系數(shù)和電網(wǎng)前饋補(bǔ)償控制消除Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓波動(dòng)和電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)輸出電流的影響,進(jìn)一步提高并網(wǎng)的電能質(zhì)量。
　　光伏并網(wǎng)系統(tǒng)除了要求具有控制并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓

7、保持同頻同相的能力之外,還應(yīng)具備孤島檢測(cè)能力。因?yàn)楣聧u現(xiàn)象一旦發(fā)生,如果光伏并網(wǎng)系統(tǒng)繼續(xù)工作,可能損壞設(shè)備或者威脅到人身安全。由于孤島危害的嚴(yán)重性,系統(tǒng)的孤島檢測(cè)需快速、準(zhǔn)確,并且兼顧注入并網(wǎng)的電能質(zhì)量。為此本文提出一種基于有功功率變化的正反饋主動(dòng)頻移法,將有功功率的變化量引入正反饋偏移量中,增加了頻率的偏移量,從而加速公共節(jié)點(diǎn)電壓頻率的偏移,縮短檢測(cè)孤島的時(shí)間。
　　在上述理論研究和仿真分析的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了以TMS320F2