光伏发电Z源逆变器能量成型控制策略研究

摘要

太阳能发电作为一种新能源发电具有很大的优势。其具有工作无噪声，便于小型化安装，适合贴近居民区安装等优势，因此得到了快速的发展。课题以太阳能发电为背景，研究了应用于太阳能发电的Z源并网逆变器的新型控制算法。通过分析Z源并网逆变器的发展现状，研究目前Z源并网逆变器控制策略的不足，分析能量成型控制策略的优势，结合Z源并网逆变器应用于光伏发电的特点，提出了采用能量成型控制策略进行Z源并网逆变器控制的研究。
　　首先，对Z源逆变器的升压原理进行了阐述，详细分析了应用于Z源逆变器控制的三种升压调制策略，并结合SVPWM逆变调制方式将三种升压调制策略以直通时间的形式注入到SVPWM调制信号中。
　　其次，对Z源并网逆变器的传统PI控制进行了研究。采用基于并网电流闭环的控制策略，分析了其并网控制的控制特性，通过调节PI参数，可以使系统达到预期的控制目标；进一步分析了其孤岛运行状态，采用基于输出电压闭环的控制，可以使Z源并网逆变器工作于孤岛模式；在其并网和孤岛的切换中提出了修正调制信号控制和给定电流渐增控制，减小切换冲击。在PI控制中，总结了其不足，为能量成型控制器的提出奠定了基础。
　　然后，通过分析能量成型控制策略的理论基础，结合Z源并网逆变器的特性，建立了其综合的端口受控哈密顿（PCH）模型。在PCH模型的基础上通过阻尼注入和互联矩阵的设计方法设计了Z源并网逆变器的能量成型控制器。通过仿真验证了控制器设计的正确性。在以上研究基础上，通过比较Z源并网逆变器的PI控制和能量成型控制得出了采用两种控制方法各自的优缺点。Z源并网逆变器的PI控制存在PI参数的调整费时耗力，且PI控制鲁棒性较差，经常出现输出饱和或振荡的情况，而能量成型控制器的参数可以通过数学模型计算得到，不需反复的试凑，且具有较好的鲁棒性。
　　最后，通过建立光伏电池的仿真模型分析了其输出特性，对应用于光伏发电的MPPT控制策略进行了分析，在此基础上，结合能量成型控制器，将MPPT控制算法以差分方程的形式嵌入到能量成型控制器中，建立了采用能量成型控制算法的光伏发电Z源并网逆变器综合的控制器。系统整体的仿真结果证实了控制的有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 Z源逆变器工作原理

2.1 Z源逆变器的特性及其分析

2.2 Z源逆变器的升压调制策略

2.3 光伏发电Z源并网逆变器调制策略分析

2.4 本章小结

第3章 Z源并网逆变器的建模与控制策略研究

3.1 Z源并网逆变器的数学模型

3.2 Z源并网逆变器的控制策略

3.3 Z源并网逆变器的仿真分析

3.4. 光伏发电Z源并网逆变器PI控制的不足

3.5 本章小结

第4章 Z源并网逆变器能量成型控制策略研究

4.1 能量成型控制理论基础

4.2 Z源并网逆变器能量成型控制器设计

4.3 Z源并网逆变器能量成型控制器仿真分析

4.4 能量成型控制器同PI控制器控制比较

4.5 本章小结

第5章 Z源并网逆变器能量成型控制策略在光伏发电中的应用研究

5.1 光伏电池建模

5.2 光伏发电Z源并网逆变器的MPPT控制算法研究

5.3 光伏发电Z源并网逆变器的能量成型控制器研究

5.4 光伏发电Z源并网逆变器仿真分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

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