基于SVM的Z源光伏并网逆变器的研究.doc

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)O8012703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DCDC升压环节,DcAc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,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buckboost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】2011-0429【作者简介】廖凌燕(1982一),女,江西樟树人,华东交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源逆变器的空间矢量控制原理与电压型逆变器的空间矢量控制原理类似,除了和传统电压型空间矢量控制相同的6个模长为4/3的有效空间矢量,2个非直通零矢量之外,Z源逆变器空间矢量还有特有的7个直通零矢量,这7个直通零矢量分别代表了直通状态的7种不同的实现方法.当参考矢量位于扇区1时,可以表示为:=+争+拿+争+争+ro十+to=T(7)(8)其中为直通零矢量由于上面三个开关全部闭合,下面三个开关全部闭合的非直通矢量和任一桥臂上下直通状态的直通零矢量均对输出电压不产生影响,即,和对不产生影响.所以可以得到争弓+争=.所以有=争弓解得每:in(-o)(11)亨了跚墨:?sin(12):一mR1n2在扇区I时,SVM矢量在线性调制区的边界条件为+to=T=0(13)由式(7)(13)可得0<m<,对于其余5个扇区除了两个有效矢量不同外,其他与I扇区类似.由此可以得到SVM控制的最大调制比为m=1.15,比SPWM提高了15%.128.3系统仿真为了验证上述控制策略的可行性,笔者采用Matlab/Simulink建立了仿真模型.将所有的零状态都用直通状态代替,观察z源逆变器直流侧输入电压,z源逆变器并网电流跟踪效果及其谐波特性.基本参数:直流侧电压Udc为400V,电网相电压幅值为220V,频率为50Hz,采样电阻Rs=22,并网电感La=Lb=Lc=2OmH,开关频率f=lkHzz源逆变器参数Ll=L2=2mH,C1=C2=470F.仿真结果如图5,图6,图7所示500.6000010.020.030040060.060.070明40020.2口0?4图5并网电流波形000100200.0400500600700B图6Ua相电压5000-50000口10020030040050060070084结语图7Uab线电压实验结果表明,z源逆变器具有良好的升压作用,从而降低了对光伏电池电压等级的要求;采用SVM控制,可以提高直流电压的利用率.【参考文献】I】FangZhengPeng;zsourceApplications,IEEETransactions2,Mar/Apr2003,Page(s):504510.inverter,IndustryOn,Volume:39Issue:【2】顾斌,钱兆明,房绪鹏,等.z源变频调速系统及其空间矢量PWM控制方法U1.电气传动,2005.【3】电力电子变换器PWM技术原理与实践【M】.北京:人民邮电出版社.2010.【4】杨贵杰,孙力,崔乃政,等.空间矢量脉宽调制方法的研究中国电机工程,2001,21(5):7983.(上接第120页)缝区进行锤击.对环形焊缝来说,经过锤击可以消除由于焊接变形引起的外筒弯曲和横截面变成椭圆的现象.如果对焊修的环形焊缝锤击后还不能完全矫正外筒横截面的变形时,应继续在外筒外表面,沿着纵轴方向对椭圆短轴及其周围部位进行锤击(如图5所示).锤击的表面呈长方形,此长方形的大边应和外筒轴线平行,而小边(宽度)则应沿着外筒呈圆弧形,约8啪12mill.矫正压坑时,锤击面积应盖过压坑直径5Inm10lnlll.氇图4冲头图5矫正椭圆变形为了增大矫正变形的效果,可采用5l(M的铆钉枪,并增大铆钉枪的空气压力,在同一表面上可进行2次3次锤击,.129.或增大锤击的长度和宽度.冷作硬化的部位不应进行机械加工和200以上的加温.3.4检验焊缝冷作硬化前,先用磁力探伤法检查焊缝裂纹.经冷作硬化处理后,还需要再用磁力探伤法检验.焊缝表面应呈均匀的鱼鳞状,不允许有裂纹,气孔等缺陷.如有缺陷允许再补焊一次.经焊修后如有条件重复热处理时,允许补焊两次.4结论起落架是飞机上重