一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统，该系统包括光伏发电单元、后接三相阻感负载的储能型准Z源逆变器以及无源控制器，所述的储能型准Z源逆变器由储能型准Z源网络和三相并网逆变器构成，所述的光伏发电单元为储能型准Z源逆变器提供电能，所述的无源控制器分别以三相阻感负载的电压和电流的d、q轴分量数据、电池功率控制输出的d、q轴期望电流以及光伏功率控制输出的直通占空比作为输入，得到开关函数脉冲驱动逆变器开关管导通与关断。与现有技术相比，本发明专利技术具有结构简单、可调参数少、控制性能优良、充放电的灵活切换、动态性能好等优点。动态性能好等优点。动态性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统


[0001]本专利技术涉及微电网系统控制领域，尤其是涉及一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统。

技术介绍

[0002]在微电网系统中，并网逆变器是其重要组成部分，逆变器性能的高低直接影响到微电网系统的品质。传统的并网逆变器系统多数采用电压源逆变器，这种并网逆变器多采用DC/DC+DC/AC双级式交换电路的并网策略，这增加了系统的复杂程度和成本，Z源逆变器的提出，取代了两级式交换电路，为逆变器并网提供了新途径。
[0003]储能型qZSI结合了qZSI(准Z源并网逆变器)和储能技术的优点，这种在qZSI中加入嵌入式储能装置，增强了系统对光伏功率波动的鲁棒性，且能够实现交流电与直流电之间高质量转换，在光伏发电、直驱式风力发电、燃料电池等应用中，前景更加广阔。
[0004]在工作拓扑确定的前提下，控制方法则直接决定着整体系统性能。随着现代控制和智能控制的理论发展，反馈线性化、滑膜变结构和无差拍控制等多种非线性控制用到了并网逆变器的控制系统中。这些控制方法都能够在不同程度上改进并网逆变器的缺陷，但自身也存在一定的不足。为实现电力电子变换器的非线性控制，无源控制已经用到了并网逆变器的控制之中，并取得了良好的控制效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统，该系统包括光伏发电单元、后接三相阻感负载的储能型准Z源逆变器以及无源控制器，所述的储能型准Z源逆变器由储能型准Z源网络和三相并网逆变器构成，所述的光伏发电单元为储能型准Z源逆变器提供电能，所述的无源控制器分别以三相阻感负载的电压和电流的d、q轴分量数据、电池功率控制输出的d、q轴期望电流以及光伏功率控制输出的直通占空比作为输入，得到开关函数脉冲驱动逆变器开关管导通与关断。
[0008]所述的储能型准Z源网络由电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、功率二极管D以及储能电池组成，所述的光伏发电单元正极以此通过功率二极管D和电感L2与逆变器输入端连接，所述的电容C2并联在功率二极管D和电感L2的两端，所述的电容C1的正极板连接到功率二极管D和电感L2之间，负极板与光伏发电单元的负极连接，所述的储能电池在串联一个储能单元电感L
b
后并联在电容C1两端。
[0009]所述的储能型准Z源逆变器包括直通与非直通两种工作状态，则有：
[0010]在直通状态下，功率二极管D截止，光伏发电单元和电容向储能型准Z源逆变器中的电感充电，此时交流侧负载被短路，根据Kirchhoff定律得到直通模式下电路方程为：
[0011][0012]在非直通状态下，功率二极管D导通，逆变器工作于6种有效矢量状态和2种零矢量状态，光伏发电单元和电感向储能型准Z源逆变器中的电容充电，此时交流侧等效为恒定电流源或开路，得到非直通模式下电路方程为：
[0013][0014]其中，v
L1
、v
L2
和v
C1
、v
C2
分别为储能型准Z源逆变器中的电感L1、电感L2、电容C1和电容C2上的电压，L
b
为储能单元电感，i
bat
、v
bat
为储能电池的电流和电压，V
pv
为光伏输入电压，V
dc
为直流链电压。
[0015]根据光伏发电单元的输出功率P
PV
与准Z源并网逆变器向电网输出的有功功率调度指令值P
ref
之间的关系，基于光伏储能型准Z源逆变器的工作方式具体包括5种模态，具体为：
[0016]模态1：当P
pv
>P
ref
时，光伏电池功率在满足网侧所需功率后，剩余能量为储能电池充电；
[0017]模态2：当P
pv
<P
ref
时，储能电池通过放电补充光伏功率缺额；
[0018]模态3：当P
pv
＝P
ref
时，此时储能电池不充电也不放电，储能电池的荷电状态为恒定状态，直流侧光伏功率全部输送至网侧，为电网提供能量；
[0019]模态4：当P
pv
＝0，处于深夜时，仅通过储能电池向网侧供应能量；
[0020]模态5：当P
pv
＝0，处于深夜且电价处于谷段时，网侧向储能电池充电。
[0021]所述的无源控制器的设计方法具体为：
[0022]首先根据逆变器的拓扑结构获取逆变器的数学模型，再根据储能型准Z源网络的拓扑结构构建储能型准Z源网络的数学模型，结合得到储能型准Z源逆变器的数学模型，将其表示为无源E
‑
L方程形式，在验证其具有严格的无源特性后，选取合适的能量函数和注入阻尼加速系统快速达到期望点，得到系统的无源控制规律，并结合PWM调制算法驱动逆变器开关动作。
[0023]所述的储能型准Z源网络的数学模型表达式为：
[0024][0025]其中，D为直通占空比，i
dc
为直流链电流。
[0026]根据开关函数定义以及三相并网逆变器的拓扑结构，进行abc/dq变换，得到三相并网逆变器在dq坐标系下的微分方程为：
[0027][0028]其中，L
f
、R分别为线路的等效电感、电阻，S
d
、S
q
分别为开关函数S
k
在d、q坐标系下的分量，v
ed
、v
eq
分别为d、q坐标系下交流侧电压，i
d
、i
q
分别为d、q坐标系下并网电流，ω为角频率，三相并网逆变器的开关函数S
k
定义为：
[0029][0030]所述的储能型准Z源逆变器的数学模型表达式为：
[0031][0032]所述的储能型准Z源逆变器数学模型的无源E
‑
L方程形式表示为：
[0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039]其中，x为系统状态向量，M为正定对角阵，J为用以反映逆变器系统内部互联结构的反对称矩阵，R为用以反映系统耗散特性的对称矩阵，u为系统输入向量。
[0040]选取合适的能量函数和注入阻尼加速系统快速达到期望点，得到系统的新开关函数关系式，其表达式为：
[0041][0042]将新的开关函数代入系统的dq轴数学模型得到：
[0043][0044]其中，i
dref
、i
qref
、v
C1ref
、v
C2ref<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统，其特征在于，该系统包括光伏发电单元、后接三相阻感负载的储能型准Z源逆变器以及无源控制器，所述的储能型准Z源逆变器由储能型准Z源网络和三相并网逆变器构成，所述的光伏发电单元为储能型准Z源逆变器提供电能，所述的无源控制器分别以三相阻感负载的电压和电流的d、q轴分量数据、电池功率控制输出的d、q轴期望电流以及光伏功率控制输出的直通占空比作为输入，得到开关函数脉冲驱动逆变器开关管导通与关断。2.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统，其特征在于，所述的储能型准Z源网络由电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、功率二极管D以及储能电池组成，所述的光伏发电单元正极以此通过功率二极管D和电感L2与逆变器输入端连接，所述的电容C2并联在功率二极管D和电感L2的两端，所述的电容C1的正极板连接到功率二极管D和电感L2之间，负极板与光伏发电单元的负极连接，所述的储能电池在串联一个储能单元电感L
b
后并联在电容C1两端。3.根据权利要求2所述的一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统，其特征在于，所述的储能型准Z源逆变器包括直通与非直通两种工作状态，则有：在直通状态下，功率二极管D截止，光伏发电单元和电容向储能型准Z源逆变器中的电感充电，此时交流侧负载被短路，根据Kirchhoff定律得到直通模式下电路方程为：在非直通状态下，功率二极管D导通，逆变器工作于6种有效矢量状态和2种零矢量状态，光伏发电单元和电感向储能型准Z源逆变器中的电容充电，此时交流侧等效为恒定电流源或开路，得到非直通模式下电路方程为：其中，v
L1
、v
L2
和v
C1
、v
C2
分别为储能型准Z源逆变器中的电感L1、电感L2、电容C1和电容C2上的电压，L
b
为储能单元电感，i
bat
、v
bat
为储能电池的电流和电压，V
pv
为光伏输入电压，V
dc
为直流链电压。4.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能型准Z源并网逆变器的无源控制系统，其特征在于，根据光伏发电单元的输出功率P
PV
与准Z源并网逆变器向电网输出的有功功率调度指令值P
ref
之间的关系，基于光伏储能型准Z源逆变器的工作方式具体包括5种模态，具体为：模态1：当P
pv
&gt;P
ref
时，光伏电池功率在满足网侧所需功率后，剩余能量为储能电池充电；
模态2：当P
pv
&lt;P
ref
时，储能电池通过放电补充光伏功率缺额；模态3：当P
pv
＝P
ref
时，此时储能电池不充电也不放电，储能电池的荷电状态为恒定状态，直流侧光伏功率全部输送至网侧，为电网提供能量；模态4：当P
pv
＝0，处于深夜时，仅通过储能...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海燕，鲍克勤，程启明，吴浩强，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：