基于Z源網(wǎng)絡(luò)的400W單相光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染問題的加劇，能源與環(huán)境成為了各國關(guān)注的重要問題。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，研究開發(fā)和利用清潔的可再生能源成為了社會(huì)發(fā)展的必然需要。光伏發(fā)電技術(shù)作為新能源技術(shù)中的重要研究方向，受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分就是逆變器，傳統(tǒng)逆變器自身拓?fù)涞木窒扌詴?huì)對其性能產(chǎn)生不良影響。Z源逆變器是近年研究開發(fā)出的一種具有新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器。Z源網(wǎng)絡(luò)的特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)逆變器可靠性差、控制存在死區(qū)

2、、效率低等缺陷。論文主要是設(shè)計(jì)基于Z源網(wǎng)絡(luò)的400W單相光伏并網(wǎng)逆變器。
　　論文首先對所設(shè)計(jì)的逆變器的具體應(yīng)用背景—光伏建筑一體化技術(shù)進(jìn)行介紹。通過對傳統(tǒng)電壓型逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與應(yīng)用的分析，說明了傳統(tǒng)電壓型逆變結(jié)構(gòu)具有不能升壓、可靠性低、控制中存在死區(qū)、波形質(zhì)量差等缺陷，并闡述了Z源網(wǎng)絡(luò)的基本升壓原理和Z源逆變器的基本調(diào)制方法。采用狀態(tài)空間平均法對Z源逆變器進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到小信號模型。推導(dǎo)Z源電容與電感，并網(wǎng)電感和濾波網(wǎng)絡(luò)的參

3、數(shù)設(shè)計(jì)公式，根據(jù)應(yīng)用的具體要求確定了相關(guān)參數(shù)值，為后續(xù)的仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證打下了基礎(chǔ)。
　　根據(jù)Z源逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)和光伏并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)要求，設(shè)計(jì)了基于Z源網(wǎng)絡(luò)的單相光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)。將逆變器的整體控制系統(tǒng)分成三個(gè)閉環(huán)分開控制: MPPT控制環(huán)，直流電壓控制環(huán)，并網(wǎng)交流電流控制環(huán)。MPPT控制采取恒定電壓跟蹤法和擾動(dòng)觀察法結(jié)合的方式。設(shè)計(jì)了超前校正補(bǔ)償，可以穩(wěn)定Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并網(wǎng)電流控制主要采

4、用準(zhǔn)PR控制與單周期電容電壓調(diào)節(jié)法相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能。在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建仿真模型進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證控制策略的有效性。
　　基于DSP TMS320F2812設(shè)計(jì)制作了基于Z源網(wǎng)絡(luò)的400W單相光伏并網(wǎng)逆變器的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正常工況時(shí)，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的輸出功率為400W，輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，滿足單位功率因數(shù)運(yùn)行，符合設(shè)計(jì)要求。將樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)波形與仿真模型的仿真波形進(jìn)行對比分析，兩者基本吻合，

5、說明了實(shí)驗(yàn)的合理性，也對論文的理論研究起到了支持作用。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：1)推導(dǎo)基于Z源網(wǎng)絡(luò)的400W光伏并網(wǎng)逆變器中的Z源電容與電感、并網(wǎng)電感、濾波網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式，根據(jù)實(shí)際要求確定參數(shù)值。2)設(shè)計(jì)了單相Z源光伏并網(wǎng)逆變器的三環(huán)控制系統(tǒng)，MPPT控制采取恒定電壓跟蹤法和擾動(dòng)觀察法相結(jié)合的方式，提高太陽能利用率；Z源網(wǎng)絡(luò)升壓控制采用超前校正補(bǔ)償，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；并網(wǎng)電流控制采用準(zhǔn)PR控制與單周期電容電壓調(diào)節(jié)結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)