基于Quasi-Z源逆变器的光伏并网/储能组合控制研究

【摘要】：光伏发电作为新能源开发领域的一个重要方面,得到了国内外众多学者的广泛关注。受气候变化等不确定因素的影响,光伏发电系统的输出功率具有典型的间歇性和波动性特征,通过蓄电池等存储装置及其控制能平抑光伏发电系统供电输出的随机性和间歇性,因此,储能技术在新能源发电系统中具有重要的地位和作用。首先,本文分析了一种新型的功率变换器—Quasi-Z源逆变器(QZSI),将其应用于光伏发电系统中,既能满足变换器升压的需求,又可以减少电路的开关器件。QZSI中加入了独特的Quasi-Z源阻抗网络,使得电路中允许直通状态的出现,由于没有死区时间,使得输出电流波形得到改善,增强了系统的可靠性。然后,本文在分析研究了带有储能装置的Quasi-Z源光伏并网逆变器特点的基础上,提出了基于Quasi-Z源逆变器的光伏并网/储能组合控制策略,此策略根据蓄电池的不同状态,对系统应用不同的控制方案,既可以实现光伏电池能效的最大利用,增强并网功率的稳定性能,同时又可以改善蓄电池的使用环境。同时,在带有储能装置的Quasi-Z源光伏并网逆变器系统中,由于其电路拓扑的特殊性,外界环境变化会引起直流链电压峰值的变化,从而对并网电流质量产生影响,针对这一问题,提出一种变参数PI控制策略,通过理论分析了变参数PI控制的优越性。最后,基于MATLAB/Simulink仿真环境完成了本文所研究的控制策略的仿真,进一步搭建了带有储能装置的Quasi-Z源三相逆变器平台,在此平台的基础上对本文的控制策略进行了实验验证。仿真和实验表明,本文所研究的控制策略既可以保证光伏能量的最大利用,又能最大限度的保护蓄电池,同时变参数PI控制方案的加入,可以提高并网电流质量。 【关键词】：光伏发电 Quasi-Z源逆变器 并网/储能组合控制 变参数PI控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 光伏储能并网系统的研究背景及意义10-11
• 1.2 光伏并网系统中的功率变换器11-13
• 1.2.1 功率变换器的分类11-12
• 1.2.2 传统三相功率变换器的不足12-13
• 1.3 带有储能装置的Quasi-Z源光伏并网逆变器研究现状13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第2章 Quasi-Z源逆变器16-23
• 2.1 Quasi-Z源逆变器的应用特点及工作原理16-19
• 2.2 Quasi-Z源逆变器小信号建模19-20
• 2.3 Quasi-Z源逆变器调制策略20-22
• 2.3.1 简单升压调制策略20-21
• 2.3.2 三次谐波注入升压调制策略21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 带有储能装置的Quasi-Z源光伏并网逆变器23-32
• 3.1 光伏电池特性及其MPPT控制技术23-25
• 3.2 蓄电池特性简介25-26
• 3.3 带有储能装置的Quasi-Z源光伏并网逆变器工作原理26-29
• 3.3.1 电容C2两端并联蓄电池的Quasi-Z源光伏并网逆变器分析26-28
• 3.3.2 电容C1两端并联蓄电池的Quasi-Z源光伏并网逆变器分析28-29
• 3.4 两种蓄电池并联方式的比较29-30
• 3.5 带有储能装置的Quasi-Z源逆变器小信号建模30-31
• 3.6 本章小结31-32
• 第4章 基于Quasi-Z源逆变器的光伏并网/储能组合控制策略及仿真验证32-49
• 4.1 并网/储能组合控制策略研究32-44
• 4.1.1 正常状态下系统的控制策略32-35
• 4.1.2 蓄电池电流限制下系统的控制策略35-40
• 4.1.3 蓄电池端电压限制下系统的控制策略40-42
• 4.1.4 系统整体控制策略的仿真验证42-44
• 4.2 并网电流变参数PI控制方案44-48
• 4.2.1 并网电流变参数PI控制框图44-46
• 4.2.2 并网电流变参数PI控制策略的仿真验证46-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 带有储能装置的Quasi-Z源光伏并网逆变器系统的实验研究49-73
• 5.1 主功率电路设计49-52
• 5.1.1 Quasi-Z源网络电容的选择49-50
• 5.1.2 Quasi-Z源网络电感的选择50
• 5.1.3 Quasi-Z源网络二极管的选择50-52
• 5.2 控制电路设计52-53
• 5.2.1 控制电路芯片的选择52
• 5.2.2 电压、电流采样电路以及信号调理电路52-53
• 5.3 软件设计53-55
• 5.3.1 主程序53-54
• 5.3.2 中断程序54-55
• 5.4 控制方案实验验证55-72
• 5.4.1 正常状态下系统控制策略的实验验证55-58
• 5.4.2 蓄电池电流限制下系统控制策略的实验验证58-63
• 5.4.3 蓄电池端电压限制下系统控制策略的实验验证63-66
• 5.4.4 并网电流变参数PI控制方案优越性的实验验证66-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果80-81
• 致谢81-82
• 作者简介82

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