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1、基于SVM的Z源光伏并网逆变器的研究2011年第8期(总第144期)大众科技DAZHONGKEJNo.8.2011(CumulativelyNo.144)基于SVM的Z源光伏并网逆变器的研究廖凌燕(华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013)【摘要】z源逆变器因其具有诸多的优点,成为当今研究的热点.首先对基于z源逆变器的结构及工作原理进行了分析.提出了一种基于SVM的z源光伏并网逆变器的设计方案,详细介绍了z源逆变器的空间矢量控制策略的实现,并采用Matlab/Simulink建立了仿真模型.实验结果表明,z源逆变器具有良好的升降压功
2、能;降低了对光伏电池电压等级的要求;采用空间矢量控制技术可以提高直流电压的利用率.【关键词】光伏并网;z源逆变器;SVM控制【中图分类号】TM464【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2011)O8—0127—03在能源日益紧张的环境下,太阳能作为一种可再生能源,不仅是近期急需能源的补充,也必将是未来再生能源的发展方向.太阳能的发展受两方面因素的限制:一是太阳能电池的价格太高,二是控制器的效率不高.因此,对大型逆变器的控制方法的研究具有重要意义.逆变器按电路组成来分,可以分为电压源型和电流源型.以电压源型逆变器为例,它主要由功率开关
3、器件和电感组成,它只能作为降压元件,受光伏阵列输出电压波动的影响非常大,通常要在它的前端加上升压环节.由电压源型逆变器组成的光伏并网发电系统结构如图1所示,电压源型逆变器主要由光伏电池阵列,并网逆变器和保护电路等组成.其中并网逆变器由DC—DC升压环节,Dc—Ac逆变环节,MPPT(最大功率跟踪)等环节组成.上述光伏并网发电系统存在以下问题:(1)光伏电池阵列输出的电压低且波动较大;(2)两级能量传输,损耗大,效率低;(3)可靠性差,易受EMI干扰.由电流源型逆变器组成的光伏并网系统同样存在类似的问题.为了克服上述缺点,提出了z源逆变器的概念,
4、Z源逆变器由电感和电容组成的,Z型网络,能够实现升降压功能,不受直流端电压低的限制,具有良好的应用前景.SVM控制电路简单,具有优良的控制性能.图1光伏并网发电系统结构图2三相并网逆变器的主电路1Z源网络分析图2是三相并网z源逆变器的主电路.它是通过在传统的DC/AC逆变器前加入一个电容电感组成的"z"形阻抗网络的一类新型电力电子装置.结构上的改变使得z源变换器具有一些新的工作特性.传统的电压源逆变器一共有八个基本的工作状态,既6个有效状态和2个零矢量状态.而z源逆变器则有一个独特的工作状态,直通零矢量状态,即逆变器的上下桥臂短路的工作状态.这
5、个状态在传统的电压源逆变器中是不允许的,而Z源逆变器正是利用这个状态来实现buck—boost功能的.这样一个直通零状态和其相对应的七个实现方法的存在使得z源逆变器的控制和传统的电压源逆变器有很大的不同.为了简化推导过程做如下假设:电网电压为理想的三相电压源,Z源参数为:电感厶:厶,电容=;三相电路参数对称:厶=厶=厶=厶开关频率远远大于工频;忽略开关器件的导通压降和开关损耗.由图2可得.=:,l=2=L1J(1)Z源逆变器工作在直通状态时的等效电路如图3所【收稿日期】2011-04—29【作者简介】廖凌燕(1982一),女,江西樟树人,华东交
6、通大学电气与电子工程学院硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动..127.不.由图3可得:=2=0(2)】,图3z源逆变器工作在直通状态时的等效电路(2)Z源逆变器工作在非直通状态时的等效电路如图4所示.由图4可得:一,=,=一=2一(3)图4z源逆变器工作在非直通状态时的等效电路假设整个周期的作用时间为T,直通状态的作用时间为TO,非直通状态的作用时间为T1,则有T=TO+T1.由电感的伏秒平衡原理可得三相桥直流侧电压平均值为:==志=三相桥直流侧的峰值电压为一去go=Bgo式中::土:,为z源逆变器工作在直通状态?i一l一2时产生的升压因
7、子,DO为直通占空比.通常,逆变器的开关周期远远大于输出基波的调制周期,故三相桥的直流侧电压近似等效为其峰值电压即=.根据传统变流器分析得z源逆变器输出相电压基波峰值为胛l;=::mB--[OO0](6)'22从式(6)可以看出,z源逆变器在输出电压表达式上显示出升降压型变换器的特性.因此,将z源变换器作为光伏并网发电系统的硬件电路,通过引入直通状态,就可以省去DC-DC的升压环节,变二级能量转换为一级能量转换,减少了能量的损耗,降低了成本.其中,B为升压因子,从式(5)可以看出,B由D0决定,而DO取决于z源逆变器的直通状态的控制方法,且在一
8、个开关周期内直通时间TO必小于整个零状态的总时间,而z源逆变器零状态的总时间由z源逆变器控制参数调制比m决定.2z源逆变器的空间矢量控制z源逆变器的空
