面向多支路光伏直流汇集的DC-DC变换拓扑研究

作     者：苏明章 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱淼

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：光伏发电 直流升压汇集 功率均衡 混合储能 最大功率跟踪 

摘      要：光伏发电作为新能源开发利用技术的代表,已经成为新能源开发利用领域的主力军。由于光伏发电在升压汇集之后才能满足并网条件,升压汇集技术成为了光伏发电领域的关键技术之一。而传统的交流升压汇集技术稳定性差、效率低,制约了光伏发电的并网消纳。随着直流输电技术和电力电子技术的发展,光伏直流升压汇集技术应运而生,成为了光伏发电领域的研究热点。本文针对多支路光伏直流汇集系统的技术挑战,着重对其核心环节DC-DC变换拓扑展开研究。本文首先对多支路光伏直流汇集系统进行了概述,分析了其基本架构与技术难点。在此基础上,选取了“输入独立输出串联(IIOS)型多变换器单元直流变换拓扑作为光伏直流变换拓扑,并对其功率失配机理和现有解决方案进行了分析研究,为新型设计方案的提出奠定了理论基础。面向分布式光伏接入直流配电网这一未来应用场景,本文提出了一种含内部功率均衡单元的IIOS型光伏直流变换器设计方案,并对其拓扑结构、工作原理、控制策略、小信号建模和参数设计进行了详细分析。该设计方案能从根本上解决变换器单元间的功率失配问题,具备优良的宽范围运行能力,非常适用于光伏阵列出力波动范围大的分布式光伏发电场合。针对光伏电站直流升压汇集这一未来应用场景,本文提出了一种内嵌混合储能单元的IIOS型光伏直流汇集系统设计方案,并对其系统架构、工作原理、运行控制策略、能量管理策略以及系统参数设计进行了详细分析。该设计方案结合了光-储联合系统与IIOS型直流汇集架构的优点,一方面可实现对阵列间功率失配的抑制,维持汇集系统理想运行状态,提升其对复杂工况的适应性;另一方面可实现基于光-储协调的系统优化控制,提升直流光伏发电系统的并网友好性。在理论分析的基础上,针对本文提出的两种设计方案进行了仿真实验。仿真结果表明,本文提出的两种设计方案具有良好的运行特性,验证了理论分析的正确性。此外,针对本文提出的光伏直流变换器设计方案搭建了硬件实验平台,通过硬件实验验证了其在功率失配状况下的运行能力。仿真和实验结过表明,本文所提出的两种技术方案正确有效,对于未来光伏直流汇集系统的工程化应用具有潜在价值。