PDF《三相光伏并网 Z - 源逆变器的比例谐振控制》

1 ] . 并网逆变器是光伏并网发电系统的核心装置. 并网逆变器一方面将光伏阵列发生的直流电转换为 交流电 ,又可以对交流电的频率、 电压、 电流、 相位、 有功和无功、 同步等进行控制以实现与电网并联功 能.传统的三相逆变器有两种基本拓扑 :电压源和 电流源型.由于电流源逆变器主电路及控制电路相 对比较复杂 ,系统运行效率较低.而电压源拓扑结 构的逆变器具有结构简单、 控制方便、 主电路损耗低 等优点 ,因此基于电压源拓扑结构的太阳能光伏并 网逆变器及其控制技术已成为光伏并网发电系统采 用的主要技术 [

2 ] . 但是 ,传统的电压源逆变器交流输出电压只能 低于直流母线电压 ,因此 ,对于 DC /AC变换来说 ,电 压源逆变器是一个降压式逆变器.对于直流电压较 低 ,需要较高的交流输出电压的 DC /AC功率变换场 合 ,需要级联一个额外的 DC /DC直流升压式变流 器 ,这个额外的功率变流器增加了系统的成本 ,降低 了变换效率.另外 ,任何时刻任一桥臂上、 下管不能 同时导通 ,否则会发生直通短路 ,损坏器件.由电磁 干扰造成的误触发导致的直通问题降低了电压源逆 变器的可靠性.为了防止逆变器桥臂直通 ,必须在 同一桥臂上、 下功率开关器件换流过程中插入死区 , 这会导致输出交流电压波形发生畸变. 鉴于传统电压源和电流源逆变器的不足 ,美国 密西根州立大学的彭方正教授于 2002年首次提出 了Z-源逆变器的拓扑和理论 [

3 ] .较之两级电路 , Z - 源逆变器结构简单 ,硬件少 ,减少了有源器件和 驱动电路 ,效率高 ,可靠性高 ;

独特的 Z - 源网络结 构提高了系统的安全性 ,直通不再损坏逆变器有源 器件 ,而变成其正常的一个工作状态 ;

降低了逆变器 有源器件的功率等级 ,从而降低了器件费用等诸多 优点.Z源逆变器一经提出就得到广泛关注 ,其相 关理论研究与实践应用发展非常迅速 ,在交直流电 气传动、 分布式发电、 有源电力滤波及无功功率补 偿、 统一潮流控制器等方面都取得了突破性的 进展 [

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6 ] . 本文将带 LC输出滤波环节的 Z - 源逆变器应 用于光伏并网系统中 ,利用逆变器桥臂直通状态实 现直流侧升压 ;

采取电网电压定向的控制策略利用 比例谐振 (proportional resonant, PR)控制器结合改 进的空间矢量脉宽调制方法实现逆变器并网控制.

1 Z -源逆变器的拓扑结构与工作原理 Z - 源逆变器由独特的 Z - 源网络和传统的三 相逆变桥构成.带输出 LC滤波电路的基于 Z - 源 逆变器的光伏并网系统主电路如图 1所示.其中 , 电感 L1和L2与电容 C1 和C2构成 Z - 源网络 ,而传 统的三相逆变桥由开关器件 S1 ~S6 组成.电感 Lf 与电容 Cf 构成 LC输出滤波电路 ;

ea 、 eb、 ec 为三相 电网电动势. 在传统的三相逆变器中任何时刻任一桥臂上、 下管不能同时导通 ,否则会发生直通短路 ,损坏器 件.故传统的逆变器共有 8个允许的开关状态 ,即 6个有效状态和 2个零矢量状态 ,而对于 Z - 源逆变 器 ,由于 Z - 源网络的作用 ,使得同一桥臂上、 下功 率开关器件同时导通的短路零电压矢量在三相逆变 器中成为可能.短路零电压矢量的应用为三相电压 型逆变器供了的升压特性.因而 ,三相 Z源逆变器 有 9个允许的开关状态. 图1基于 Z - 源逆变器的光伏并网系统主电路图 Fig.