[发明专利]一种储能型准-Z源单相光伏发电系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种储能型准-Z源单相光伏发电系统的设计方法。

背景技术

光伏发电是理想的可持续能源，对其开发利用过程中，功率变换器/逆变器必不可少。但是，一般而言，光伏电池输出电压的变化幅度可达2倍，使用传统的单级逆变器结构，将导致逆变器设计容量倍增。若采用双级结构，引入的DC/DC变换器，将增加费用，降低效率。为此，研究人员开始研究新技术，采用Z-源和准-Z源逆变器克服这些问题，因为它以单级功率变换的形式，实现传统由DC/DC和逆变器组成的双级变换功能，不会增大逆变器容量，且在光伏发电领域与传统系统兼容。

另一方面，光伏发电功率对光照和温度依赖性很强，由于光照和温度变化无常，光伏电池输出的电压和功率宽范围变化，直接并网或独立供电会对电网或负载造成负面影响。所以，除了传统独立光伏发电系统应用储能电池的方案外，近年在并网型太阳能发电系统中也采用储能电池技术，以缓存能量，平抑并网功率。一般常用的方法，是通过双向DC/DC变换器将储能电池联接到直流侧，实现并网功率平抑功能，但是额外增加了一套DC/DC变换器，增加了系统的成本。为了克服这个问题，发明专利[申请号201010234868.X,单级升降压储能型光伏并网发电控制系统]将储能电池与其中一直电容并联，实现了单级功率变换完成升/降压、逆变和储能。在该系统中，储能电池直接并联在电容上，无需增加额外的设备，经济实用。但是，目前为止，尚未有文献介绍如何设计系统中各量参数，比如，储能电池电压、容量，光伏电池电压等级，调制指数，各电容、电感、功率开关器件损耗分析等。对于一个储能型光伏并网发电控制系统而言，这些参数的确定至关重要。

发明内容

为了解决以上问题，本发明公开了一种储能型准-Z源单相光伏发电系统的设计方法，所述储能型准-Z源单相光伏发电系统包括：储能电池、H桥逆变器、准-Z源网络二极管、第一电解电容、第二电解电容、第一电感、第二电感、LC滤波器、光伏电池、电网及局部负载；所述LC滤波器包括输出滤波电感和输出滤波电容组成；并且，所述第二电解电容的负极与所述准-Z源网络二极管的阳极相连，所述第二电解电容的正极和所述H桥逆变器的正极连；所述准-Z源网络二极管的阴极同时与所述第一电解电容正极和所述第二电感相连；所述第二电感的另一端连接于所述H桥逆变器正极；所述第一电解电容的负极与所述H桥逆变器的负极相连；所述第一电感的一端与所述光伏电池的正极相连；所述第一电感的另一端与所述第二电解电容的负极相连；所述H桥逆变器的输出经过LC滤波器后并入电网，或供电当地负载；所述储能电池跨接于所述第一电解电容两端，且所述储能电池的正极连接于第一电解电容的正极；基于用户电压和功率要求，光伏发电系统用途，及当地气候特点，该方法包括系统所需要的储能电池电压和容量参数设计，光伏电池模块选取，准-Z源网络电感、电容参数设计，H桥逆变器电压、电流等级设计，Z-源网络二极管设计，准-Z源逆变器损耗计算等。

进一步，作为一种优选，所述H桥逆变器电压、电流等级设计包括如下步骤：

步骤1，根据负载电压或并网处电网电压，计算单相逆变器输出的电压幅值v_al;

步骤2，设定光伏电池工作电压变化范围为1：2，且最大光伏电池电压为V_in=v_al，最小为V_in＝v_al/2，对应地，光伏电池电压最大时，逆变器调制指数M=1,直通占空比D=0，直流母线电压峰值为V_PN=v_al，光伏电池电压最小时，直通占空比D=1/3,逆变器调制指数M=2/3,直流母线电压峰值为V_PN=1.5*v_al。

进一步，作为一种优选，所述电容、电感参数设计包括：

步骤3，计算电容C₁电压和并联电池电压V_C1=V_B=v_al；

步骤4，计算直流母线电压峰值最大为V_PN=1.5×v_al；

步骤5，计算电容C₂电压最大值为V_C2=0.5×v_al；

步骤6，最大直通占空比D=1/3。

进一步，作为一种优选，所述光伏电池模块选取包括：