（华北水利水电大学电力学院，河南省 郑州市 450011）
摘 要：为了实现风力发电系统电压和功率的快速跟踪，提出基于Quasi-Z源逆变器风力发电系统的电流预测MPPT控制，实现了最大功率点电压跟踪、功率跟踪。构建基于电流预测控制的Quasi-Z源逆变器的仿真模型，并给出该模型下的电压、功率跟踪仿真结果。
关键词：Quasi−Z源逆变器；电流预测控制；最大功率点跟踪; 风力发电
DOI:
中图分类号：TM 464 文献标识码：A
0 引 言
近年来，随着资源问题与环境问题的日益加重，人们对开发可再生的清洁能源的要求逐渐增加。风力发电系统具有高效、清洁无污染、易于获得、可再生的优点。风电的开发与应用已经成为世界范围内的研究热点。风电的开发不仅能够缓解能源危机，而且能
够有效减少化石能源燃烧带来的环境污染问题[1-2]。
由于风力发电具有随机性和不确定性，为了快速地跟踪上风力电系统的电压和功率，需要在风力发电系统中加入最大功率跟踪（MPPT）控制，MPPT控制能够使风力发电系统最大限度的工作在最大功率点附近，并根据环境的不同调节系统的运行状态[3]。
本文以Quasi-Z源逆变器为风力发电系统的控制核心，根据Quasi-Z源逆变器不同工作状态，利用三相逆变桥臂同时导通的状态实现逆变器的直流侧升压；结合电流预测MPPT控制，实现最大功率点的跟踪与控制。
1 Quasi-Z源逆变器的工作原理和拓扑结构
图1 Quasi-Z源逆变器主电路图
Quasi-Z逆变器的工作状态有直通和非直通两种，其等效电路如图2所示。当三相逆变桥处于直通零电压状态时其等效电路如图2(a)所示。当三相逆变桥处于非直通状态状态时等效电路如图2(b)所示。Quasi-Z源逆变器处于非直通状态时，除了包含与传统逆变器完全相同的六个有效矢量外，还包括2个零矢量状态[4-5]。
（a）直通状态下Quasi-Z源逆变器的等效电路
（b）非直通状态下Quasi-源逆变器的等效电路图
图2 Quasi-Z源逆变器的直通与非直通状态
2 基于Quasi-Z源逆变器的电流预测算法
如图2所示，Quasi-Z源逆变器的等效电路，如图2（b）处于非直通状态，其等效电压方程为
（1）
当Quasi-Z逆变器处于直通状态时，如图2（b）所示，其等效电压方程为
（2）
将（1）与（2）进行离散化处理，并假设Quasi-Z源逆变器在一个PWM周期的占空比为D，并整理，得
（3）
若在下一个周期（k+1）时刻达到光伏阵列的给定电流I*pv（k），即Ipv(k)=I*pv(k),则
（4）
结合以上分析，风力发电输出电流将会在下一个周期到达给定电流，实现无差拍跟踪，提高了系统的动态稳定性能，减少了系统反应时间。
3仿真分析
根据图1利用MATLAB/simulink构建Quasi-Z源逆变器的风力发电系统仿真模型。风速变化如图3所示，本系统能够很好的跟踪上最大输出功率点，同时电压跟踪用时较短，Quasi-Z源的电压经过1.9×10-4s可跟踪上最大功率点处电压值，跟踪图形如3所示。
图3 风速变化图
图4 风力发电系统的MPPT功率和电压跟踪图
图5 电压跟踪局部放大图
4 结 论
基于Quasi-Z源逆变器的风力发电系统中，MPPT控制加入电流预测后，能够实现电压和功率的快速跟踪，且动态性能稳定。
参 考 文 献：
Guglielmo D’Amico, Filippo Petroni, Flavio Prattico. Insuring wind energy production[J]. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2017, 467.
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论文作者:王继东，朱冷雪，王衍衡
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/24
标签：逆变器论文; 电压论文; 风力发电论文; 电流论文; 系统论文; 状态论文; 如图论文; 《中国电气工程学报》2019年第4期论文;