基于储能型准Z源光伏并网逆变器的改进型自适应粒子群最大功率点跟踪算法研究

在解决光伏电池阵列在局部阴影条件下的多峰寻优问题中,传统的粒子群(PSO)最大功率点跟踪(MPPT)算法存在稳定性差、振荡严重、跟踪速度慢等缺点。针对上述缺点,结合准Z源逆变器的优点并在准Z源阻抗网络电容上并联储能单元,提出了一种基于储能型准Z源光伏并网逆变器的改进型自适应粒子群最大功率点跟踪算法。该算法不再依赖迭代次数,而是直接采用个体最优功率和全局最优功率更新惯性权重和学习因子并引入电压窗口限制,有效地提高了跟踪速度和减小了功率振荡。仿真结果验证了该优化算法在储能型准Z源光伏并网逆变器应用中具有较好的多峰值光伏曲线全局最大功率点跟踪能力,提高了光伏阵列的发电效率,具有较好的可行性。

Z源/准Z源逆变器在光伏并网系统中的电容电压恒压控制策略

Z源逆变器(ZSI)/准Z源逆变器(qZSI)利用独特的阻抗源网络和直通调制手段,可在单级系统中同时实现升/降压和直流-交流逆变的功能,适用于具有较大输入电压变化的光伏并网发电系统。本文以具有连续电流输入的电压源型准Z源逆变器为例,分析了基于ZSI/qZSI的光伏并网系统工作原理;针对ZSI/qZSI特殊的直通占空比与逆变调制系数制约关系,推导出ZSI/qZSI正常工作条件下的电容电压范围,提出ZSI/qZSI光伏并网系统的电容电压恒压控制策略。该控制策略将最大功率点跟踪(功率控制)和光伏系统入网电流控制(电能质量控制)解耦,简化了控制器设计,实现了ZSI/qZSI光伏并网系统的闭环控制和最大功率点跟踪,同时可确保在同等输出输入电压比的情况下开关器件电压应力最小。

功率前馈的准Z源光伏并网逆变器Quasi-PR控制

为了加快准Z源光伏并网逆变器的动态响应,避免电网电压矢量定向控制策略需解耦控制和多次坐标变换的不足,同时提高并网电流控制器对电网频率偏移的适应范围,将功率前馈及准比例谐振控制引入准Z源光伏并网系统中。在两相静止坐标下,将功率前馈、准比例谐振控制与直通分段空间矢量脉宽调制(SVPWM)相结合,设计了并网系统的完整控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了系统仿真模型,并与传统控制进行对比分析。仿真结果表明:当外界环境发生变化时,采用功率前馈的准比例谐振控制策略能使系统较快地过渡到另一个稳态,且可实现对给定值的无静差跟踪控制,抗电网频率偏移能力强。

新颖的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变器

提出了一种新颖的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器,并对这种逆变器的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略和低频工作模式、高频开关过程、外特性等稳态原理特性进行了深入研究,获得了重要结论和电压传输比表达式。该电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成,该改进的SVPWM控制策略为大升压比阻抗网络储能电容电压控制和光伏电池最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)外环并网电流内环控制。实验结果验证了采用改进SVPWM控制策略的准Z源逆变器的实际性能。所提出的准Z源逆变器为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的新能源并网发电提供了一种有效方法。

一种Z源光伏并网逆变器及其共模漏电流抑制

传统准Z源桥式并网逆变器(GCI)具有允许桥臂直通、直流电压利用率高等优点,但存在体积大、可靠性低和共模漏电流高的缺陷。针对传统准Z源桥式GCI的问题,首先提出一种具有更小体积的新型耦合电感线圈Z源光伏并网逆变器(ZPGCI)及其调制策略。然后,对ZPGCI的运行模态、共模漏电流与桥臂直通状态进行探究,理论研究表明新型ZPGCI不仅具有允许桥臂直通和可靠性高的优点,且可有效抑制传统准Z源桥式GCI的高频共模漏电流。最后,对传统准Z源桥式GCI和新型ZPGCI进行对比实验分析,验证ZPGCI电路设计及其理论推理的正确性。

基于输入/输出线性化的准Z源逆变器光伏并网控制策略

应用于光伏系统的准Z源逆变器(QZSI)存在着不稳定的零动态和非线性特性,导致系统振荡、动态响应缓慢和控制器设计复杂等问题。基于输入/输出反馈线性化方法,提出将直通电流和脉冲直流电压作为状态变量建立QZSI直流侧的仿射非线性二阶模型,将原非线性系统转化为线性系统,具有模型精确、阶数低、算法简单等优点。基于此模型,设计经典PI控制器调节QZSI的输入电压,并最终实现最大功率点跟踪(MPPT)。阐述了QZSI的输入/输出线性化建模方法,并通过理论推导证明该线性化系统零动态稳定,设计QZSI直流侧与交流侧控制器,实现光伏逆变器升压、并网波形及功率控制3个目标。通过仿真及实验与经典控制策略对比,显示该控制方法能使QZSI输入电压快速跟踪最大功率点,并且在系统工作点大范围变化时能保证输入电压及并网电流波形质量。

基于准Z源逆变器的光伏并网控制策略研究

准Z源逆变器由于采用独特的阻抗网络,可利用桥臂直通实现升压,实现了与两级系统类似的功能.同时传统桥臂的死区设置被省去,可改善输出波形的质量,减小并网电流的谐波.基于单级准Z源逆变器的结构简单、可靠性高等优势,将这种新型逆变器应用于光伏发电系统,分析了准Z源逆变器的拓扑结构及工作原理,论述了基于三次谐波注入的升压控制,并对准Z源逆变器光伏并网控制系统进行设计,从而满足光伏并网的要求.通过仿真验证了系统结构和控制策略的有效性和正确性.

光伏准Z源H桥级联多电平逆变器并网调制技术

该文针对光伏准Z源逆变器的运行特点,基于逆变器两态滞环电流控制工作原理,提出一种能使逆变器直通实现光伏MPPT的三态滞环控制器和单相准Z源级联逆变器三态滞环控制系统,分析三态滞环控制器的工作原理,并用三单元准Z源级联逆变器系统仿真,对比研究三态滞环控制、载波层叠法和载波移相法的控制效果。仿真结果表明,三态滞环控制调制策略表现出更好的稳态和动态响应性能,其并网电流谐波畸变率更小。

基于无源性理论的光伏储能型准Z源并网逆变器控制方法研究

储能型准Z源逆变器(qZSI)在光伏发电中具有突出优势,有助于减少光伏发电系统中的功率波动。为解决比例微分(PI)控制响应速度慢、超调量大、控制参数多且不易确定等问题,提出储能型qZSI的非线性无源控制方法。首先,对储能型qZSI无源控制系统进行无源性和稳定性证明;然后,依据储能型准Z源的E-L模型,设计无源控制器;最后,通过Matlab/Simulink验证了在光伏光照变化及网侧功率变化时,采用无源控制方法的优越性。与PI控制器对比,设计的无源控制器响应速度更快、控制参数更少,实现了对系统的鲁棒性控制,获得了更好的动态性能。

应用于光伏并网系统准Z源逆变器的滑模控制策略

针对光伏并网系统可能产生的太阳辐照度变化、系统振荡、抗干扰能力和抗谐波能力不理想等问题,提出电容电压外环采用含有状态变量的积分补偿滑模控制策略以保证Z源电容电压相对稳定,不产生超调和不出现失真;并网电流内环采用改进的切换函数设计滑模控制器,以削弱系统抖振,并网效果得到提高。通过Matlab/Simulink平台建立仿真模型。仿真结果表明,相比PI(比例积分)和PR(比例谐振)控制策略,该方法可增强并网系统的全局鲁棒性,能有效提高系统的动态响应速度和并网电能的质量,且能抑制电网电压的谐波信号。

基于准Z源逆变器的光伏并网控制

针对光伏电池工作时受光照强度、环境温度影响而导致输出电压具有较大波动性这一问题,构建了一种基于准Z源逆变器的光伏并网系统,并采用两级自然坐标控制,通过调节准Z源逆变器的直通占空比来控制直流侧电压稳定;同时,在abc自然坐标下实现对准Z源逆变器的有功和无功的独立控制,避免了参数不准确导致的电流解耦不彻底。对运行中出现的光伏电源输出波动进行的仿真和d SPACE实时控制实验表明,采用该控制策略的基于准Z源逆变器的光伏并网系统能有效抑制光伏电池输出电压波动对并网的影响,向电网输入更高质量的电能。

准Z源光伏并网逆变器无功补偿自然坐标控制

准Z源逆变器因为其特殊优势,而在光伏并网中得到广泛应用,但是只向电网传输有功电能的光伏发电系统不能控制和改善电网的电能质量。针对分布式发电中常见的电能质量高渗透率问题,在准Z源逆变器的基础上设计了一种既能够光伏并网发电,又能实现无功补偿的统一控制系统(PG-STATCOM),并针对此系统引入自然坐标控制策略,实现有功和无功的独立控制,无需锁相环,计算简单,节约时间。仿真和实验表明系统具有良好的稳定性和鲁棒性。

一种新型共地拓扑的单相非隔离型准Z源光伏并网逆变器研究

准Z源逆变器可以实现升压功能,允许同桥臂上下开关管直通,提高了逆变器的可靠性,但准Z源逆变器存在共模电流,为解决准Z源逆变器的共模电流问题,提出了一种新型共地拓扑的单相非隔离型准Z源光伏并网逆变器。分析了传统准Z源逆变器产生共模电流的原因,改进了准Z源逆变器的逆变拓扑结构,引入虚拟直流母线,通过将光伏阵列和电网的负端共地,旁路由光伏杂散电容构成的共模电流回路,有效解决了单相非隔离型准Z源逆变器的共模电流问题,并介绍了单相非隔离型准Z源逆变器的工作模式,改进了新拓扑的PWM控制策略,最后通过仿真验证了该逆变器的可行性。

光伏并网Z源逆变器无差拍解耦控制策略

提出了基于Z源的光伏并网系统无差拍解耦控制方法,避免了传统比例—积分控制性能易受电网电压不平衡及系统非线性的影响。该控制策略将无差拍控制方法与解耦控制方法相结合,并采用双时采样方法,减小了运算及采样时间带来的控制延时,具有动态性能好、精度高、稳定性好的优点。采用改进的空间矢量方法实现了Z源逆变器的桥臂直通,进而实现升压,使系统按单位功率因数运行,并网电流谐波畸变率低。仿真及实验均验证了该控制策略的有效性和可行性。

基于PCHD模型的光伏Z源并网逆变器无源控制

光伏Z源并网逆变这种非线性对象的一般控制方法是先线性化再线性控制,这种控制策略相对复杂且控制效果不佳。本文创新性地将基于PCHD模型的非线性无源控制引入到光伏Z源并网逆变系统中,它无需线性化处理,就可使系统具备良好的动、静态特性。首先分析了光伏Z源并网逆变器系统的原理,给出了系统的PCHD数学模型;再采用IDA方法设计出系统的无源控制器,并从理论上证明了系统的稳定性;最后Matlab/Simulink仿真软件和样机试验表明了,相比于采用传统的双闭环PID控制系统,采用本文无源控制系统的最大功率点跟踪更快,调节时间和上升时间更短,并网更有效,对外部参数变化响应更快,并网电流曲线更平滑,纹波更小,功率因数更高,鲁棒性更好。

基于LCL滤波器的新型Z源光伏并网逆变器

研究一种新型Z源逆变器,并将其应用到光伏发电并网系统中,系统的冲击电流和Z源电容电压大大减小,能有效解决传统拓扑电路结构上的缺陷;同时在电网侧采用LCL滤波器,采用有源阻尼技术来抑制LCL滤波器的谐振,实现并网电流的快速跟踪,使光伏并网系统的可靠性大大增加,最后通过仿真和实验论证理论分析的正确性。

基于空间矢量滞环控制的Z源光伏并网逆变器

提出了一种适用于Z源三相光伏系统的定频电流滞环并网控制新方法。该方法首先基于电网电压空间矢量将复平面分为6个区域以实现线电流的解耦控制,再对线电流进行固定次数的定时比较以实现定频控制,解决了直通时间插入问题。该方法能实现单位功率因数运行,具有响应快速、精度高、抗干扰能力强、开关次数少、易于数字化实现等优点。与传统滞环控制相比,该方法对系统干扰及控制误差有较好的抑制能力,保持开关频率固定。通过仿真和样机上的实验验证,证明了该方法的可行性。

应用于光伏系统的准Z源逆变器直通控制策略

准Z源逆变器传统的简单升压算法直通占空比恒定,在环境变化的情况下,不能平衡直流母线电压,无法跟踪光伏阵列最大功率点,造成能量损失。针对传统简单升压算法的不足,提出了一种基于电容电压的新型直通控制策略。该策略通过建立光伏准Z源并网系统的小信号模型,建立系统的传递函数,然后基于传递函数设计控制器,实现MPPT跟踪及并网运行。运用PSIM仿真软件对算法进行了仿真验证,仿真结果表明,设计的控制策略能很好地稳定直流母线电压,实现光伏电池板最大功率运行。

Z源光伏并网逆变器控制策略研究

针对全桥逆变器存在死区及电流输出波形畸变等问题,引入Z源网络,设计了具有升压或降压功能、用于输入电压变化范围宽的光伏发电等逆变器系统。研究了Z源电压控制原理,提出了恒定输出电流法控制策略,设计了一台1 500 W的逆变器。实验表明,该设计简单实用,提高了并网电流的质量。

重复控制三相电压型准Z源光伏并网逆变系统

为提高准Z源逆变器的升压能力和并网电流质量,提出了一种采用重复控制的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变系统,并对这种逆变系统的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略、离散控制系统的稳定性和调制器设计进行了分析。该系统电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成;改进的SVPWM控制策略包括光伏阵列最大功率点跟踪控制和储能电容电压外环、并网电流内环控制,其中并网电流内环采用逆变器侧电流反馈控制策略,且融入了电网电压比例前馈、重复控制和PI串联的嵌入式复合控制来提高并网电流质量。实验结果证实了所提逆变系统电路拓扑、控制策略和系统设计的有效性。