环境污染、能源结构失衡等矛盾的日渐加剧,使得以太阳能为代表的可再生能源发电技术逐渐受到国内外学者的重视。而逆变器作为连接可再生能源和电网的核心器件,其结构和控制方法的合理选择能有效提高并网系统的电能传输质量。储能型准Z源逆变器(Energy-Storage quasi-Z-source Inverter,ES-qZSI)除了能单级实现升压和逆变的功能之外,还可以灵活调节系统的功率缺额,平抑光伏功率波动对电网的冲击。本文以该逆变器为研究对象,基于有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)策略来实现并网逆变器的高性能并网运行。研究内容主要包括以下几个方面:(1)从ES-qZSI的结构入手,分析其基本工作原理,并在不同坐标系下建立相应的数学模型。考虑到传统FCS-MPC方法存在计算量大的问题,提出一种适用于ES-qZSI的改进FCS-MPC算法。该方法通过构造电感电流子代价函数,实现对逆变器开关状态是否直通的判断,若在直通状态下实现了最小子代价函数,则该直通状态为最优开关状态,而不必寻优其他七种状态,否则需从七种状态中在线优化出最优开关状态。仿真结果显示,本文提出的改进FCS-MPC算法较传统算法,减少了大约50%的计算量,明显降低算法的复杂度。(2)为提高FCS-MPC的电流控制精度,研究一种适用于ES-qZSI的三矢量模型预测电流控制。该算法首先通过取d、q轴电流的误差最小值来获得各个电压矢量的作用时间,然后根据最近三矢量原则构建6个可在方向和幅值上调节的虚拟电压矢量,有效提高了系统的电流控制精度,仅需在线预测6次电流值,便可选择出作用于该逆变器上的最优电压矢量。仿真结果显示,该方法控制下的电流THD较传统模型预测控制的降低了2.99%,提高了逆变器的并网运行性能。(3)为克服传统直接功率控制策略的开关频率不固定所导致的开关损耗大这一不足,研究一种适用于ES-qZSI系统的模型预测直接功率控制。该控制以逆变器的有功、无功功率的瞬时值为被控量,通过消除瞬时功率与给定功率值之间的跟踪误差,来获得αβ坐标系下的平均电压矢量,并结合直通分段空间矢量调制模块生成固定的开关信号。仿真结果表明,ES-qZSI在每个控制周期内实现6次直通动作,实现系统的定频控制,验证了所提控制策略的正确性。
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