光储一体化变流器的研究.pdf

摘要

光储一体化变流器是一种将光伏发电变流器、储能设备变流器和并网逆变器

集成在一起的变换器，它可以有效解决光伏发电输出电能存在随机性和波动性问

题，实现对光伏发电电能的充分利用。由于光储一体化变流器包含不同的电路组

成，各电路组成部分若不能协调运行会造成系统的振荡，影响变流器的稳定运行。

因此，光储一体化变流器各电路的设计以及对应控制策略的研究对光储系统稳定

运行和改善输出电能质量具有重要意义。

对光储一体化变流器的总体电路进行了设计，采用光伏侧DC-DC升压电路

与储能侧DC-DC双向充放电电路并联的直流侧电路结构，两者并联后再与后级

逆变侧的DC-AC电路相连。对光伏侧的DC-DC升压电路研究了具有启动冲击

抑制功能的Boost升压电路，以改善电路启动时的浪涌电压和电流，减小电路中

单个开关管的开关应力。研究了能实现任意方向升/降压的对称式Buck-Boost双

向充放电电路，实现储能侧充放电电路功率的双向流动，增强储能侧电路电能变

换的灵活性。后级逆变侧选择输出为三相两电平的逆变电路结构，对三相逆变电

路的工作原理进行了分析研究。

对光伏侧Boost电路设计了基于莱维飞行的改进型粒子群算法，有效解决了

在光伏侧输出最大功率的追踪过程中算法陷入局部最优的问题。为改善蓄电池的

使用寿命，设计了两段式的充放电控制策略。在光储一体化功率协调控制中根据

系统功率比较和直流母线电压稳定要求建立控制环路，通过控制储能侧对外输出

或吸收功率，实现储能侧电路对光伏侧电路输出功率的削峰填谷。

在光储一体化变流器并网运行过程中为了实现对光伏侧输出最大功率的利用，

系统采用恒功率控制；在离网运行时为了保障输出的稳定性，系统采用恒压恒频

控制。在并/离网切换的控制中，考虑到因外环控制方式的不同特性而导致电流

内环输出指令值动态特性差的问题，设计了状态同步控制器和补偿环路，提高共

用电流环的动态特性，改善变流器在并/离网切换过程中电压和电流的振荡问题。

对光储一体化变流器进行了仿真研究，以数字信号处理器TMS320F28335

为主控芯片研制了光储一体化变流器实验样机。在实验样机上进行了光伏侧、储

能侧以及逆变侧电路的实验验证，仿真和实验结果证明了理论研究的正确性。

关键词：光储一体化，变流器，最大功率追踪，协调控制，并/离网切换控

制

Abstract

Photovoltaicstorageintegratedconverterisakindofconverterthatintegrates

photovoltaicpowergenerationconverter,energystoragedeviceconverterandgrid-

connectedinverter,whichcaneffectivelyimprovetherandomnessandvolatilityof

photovoltaicpoweroutputandrealizethefullutilizationofphotovoltaicpower

generation.Asthephotovoltaicenergystorageintegratedconvertercontainsdifferent

circuitcomponents,thefailureofeachcircuitcomponenttocoordinatetheoperation

willcausesystemoscillation,affectingthestableoperationoftheconverter.Therefore,

thedesignofthecircuitsandthecorrespondingcontrolstrategiesoftheintegrated

Photovoltaicenergystorageconverterareofgreatsignificanceforthestableoperation

ofthePhotovo