【摘 要】
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光伏并网逆变器作为光伏发电的关键环节,是能量转换和控制的核心。开关电感型准Z源逆变器(Switched-Inductor Quasi-Z-Source Inverter,SL-qZSI)作为一种单级式逆变器,具有较好的升压能力以及无需加入死区补偿的特性,使其逐步应用于光伏并网系统。为提高输出电能质量,目前大部分研究主要采用模型预测控制方法克服SL-qZSI逆变器在多控制量和考虑直通状态导致调制困难
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光伏并网逆变器作为光伏发电的关键环节,是能量转换和控制的核心。开关电感型准Z源逆变器(Switched-Inductor Quasi-Z-Source Inverter,SL-qZSI)作为一种单级式逆变器,具有较好的升压能力以及无需加入死区补偿的特性,使其逐步应用于光伏并网系统。为提高输出电能质量,目前大部分研究主要采用模型预测控制方法克服SL-qZSI逆变器在多控制量和考虑直通状态导致调制困难的缺陷。然而,传统模型预测控制方式下SL-qZSI光伏并网系统存在时间延时、计算量大以及高共模电压等问题。基于此,本文对SL-qZSI光伏并网系统控制及调制方法进行研究,本文主要工作内容如下:首先,针对传统模型预测控制方法存在延迟时间的问题,本文提出基于矢量角补偿法的两步模型预测控制方法以提升被控量跟随给定的能力。在预测控制式修正过程中,使用矢量角补偿法对未来参考值进行估算,可以解决传统拉格朗日外推法导致阶跃峰值较大、瞬态谐波放大等问题。通过仿真分析与对比可以发现,基于矢量角补偿的两步模型预测控制方法能够消除延时现象,减小实际值与参考值之间的偏差,缓解振荡数值。其次,针对电压矢量区域利用率低的问题,本文引入虚拟电压矢量模型预测控制方法。由于传统虚拟电压矢量划分方式多依赖于经验,缺乏合理性。因此,本文提出通过仿真的方式对虚拟电压矢量进行划分和选取,降低谐波畸变率。此外,针对SL-qZSI光伏并网系统中空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse-Width Modulation,SVPWM)方法合成矢量复杂、控制困难的问题,本文利用电感电流仅与逆变器工作状态有关的特点,单独对其建立子代价函数,以对不同的工作状态进行分类控制。同时该方法能降低模型预测控制中遍历寻优的计算次数,提高波形质量。经仿真验证,基于预判直通状态的虚拟矢量模型预测控制方法能够降低交流侧谐波畸变率,提高输出电能质量。最后,针对SL-qZSI光伏并网系统中存在的高共模电压幅值和频率的问题,本文提出一种改进共模抑制空间矢量脉宽调制(Common-Mode Reduction Space Vector Pulse-Width Modulation,CMRSVPWM)方法。改进CMRSVPWM方法在传统的6扇区划分基础上进一步将扇区划分为18个子扇区,通过不同子扇区中非零电压矢量的组合对共模电压幅值以及频率进行抑制。此外,为了进一步减少计算量,本文提出将合成电压矢量扇区预判方法与CMRSVPWM方法相结合。仿真实验表明,所提方法能够在保证直流母线利用率的基础上,有效地抑制共模电压幅值和频率,减小计算量,并且提升系统的性能。
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