有源电力滤波器与光伏并网逆变器的统一控制研究

【摘要】：在当前社会的不断进步中,化石能源日益短缺与环境不断恶化同时困扰着我们。在这种情况下,具有清洁、不竭、量大等优势的太阳能受到了研究学者的青睐。然而太阳能不稳定、光伏发电并网设备造价高、利用率低等因素制约着光伏发电的推广与应用。另一方面,电力电子技术迅速发展,各种非线性设备在方便人们生活的同时,将大量的谐波、无功电流分量注入电力系统,谐波无功在降低电能效率的同时,还具有一定的安全隐患,电力系统的电能质量随即也成为另一个亟待解决的问题。作为一种主动的谐波、无功滤除装置,有源电力滤波器(APF)受到了各研究所及高校的重视。经过多年的研究,APF的理论基础已日趋完善,现阶段主要是控制方法的优化,同时APF也面临着价格昂贵、附带功能少等发展阻碍。本文首先分析了光伏并网逆变器与APF系统各自的优缺点、发展中遇到的问题和发展前景、工作原理及结构特点,探究了APF与光伏并网逆变统一控制的可能性及重大意义,提出了一种APF与光伏并网逆变器的统一控制系统。结合基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测法,分析了统一控制系统的指令电流求取方法。对指令电流求取环节中的锁相环(PLL)原理进行了分析,介绍了锁相环的软件实现方法,弥补了以往采用过零检测法实现锁相的缺陷,即单个周期内频率改变无法预测。针对指令电流的跟踪控制,采用滞环SVPWM的控制策略,即根据误差电流与参考电压的空间矢量位置关系,选择最优输出电压矢量,限制误差电流在容许范围之内,达到电流跟踪控制的目的,该策略具有实现简单、跟踪性能良好、开关损耗小等优势。另外,简要介绍了直流侧电压的比例积分控制方法。利用MATLAB软件中的仿真组件SIMUlink,搭建了系统仿真模型,其中主要包括指令电流求取模块、电流跟踪控制模块及二极管整流桥带阻感负载的主电路等几个部分。分别在单独APF状态、APF与光伏并网逆变器统一控制状态下做了仿真,仿真结果验证了本文所述系统的正确性。以DSP2812为控制核心,搭建了统一控制系统的硬件实验平台,主要包括信号检测调理电路、故障处理电路、保护电路、移相电路及二极管整流桥带阻感负载的主电路等几个部分,详细说明并给出了各个部分的电路结构图。通过编写软件,在DSP内部实现软件锁相环计算、指令电流的检测及电流的跟踪控制等几个部分,对各个部分的软件流程图进行了介绍,最终得出的实验结果表明了本文所提出的统一控制系统的可行性。 【关键词】：有源电力滤波器 光伏并网逆变器 统一控制 软件锁相环 滞环SVPWM控制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM761.12;TM464
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 有源电力滤波器的背景与研究现状11-14
• 1.1.1 电力谐波的产生与危害11-12
• 1.1.2 有源电力滤波器的提出与研究现状12-13
• 1.1.3 有源电力滤波器发展的前景及阻碍13-14
• 1.2 光伏发电技术概述14-15
• 1.2.1 光伏的应用及现状14
• 1.2.2 光伏发展的前景及障碍14-15
• 1.3 论文研究的目的和意义15-16
• 1.4 本文的主要内容16-17
• 第二章 APF与光伏并网逆变器的统一控制原理17-35
• 2.1 APF与光伏并网装置的对比分析17-19
• 2.1.1 APF的工作原理17-18
• 2.1.2 光伏并网逆变的工作原理18-19
• 2.2 APF与光伏并网逆变器的比较分析19
• 2.3 APF与光伏并网逆变的统一控制策略19-20
• 2.4 瞬时无功功率理论在统一控制中的应用20-26
• 2.4.1 有源电力滤波器的谐波、无功电流常见检测方法20-21
• 2.4.2 瞬时无功功率理论21-24
• 2.4.3 基于瞬时无功功率理论的检测法24-25
• 2.4.4 统一控制系统中谐波检测与光伏并网指令电流的合成方法25-26
• 2.5 三相软件锁相环26-28
• 2.5.1 硬件锁相环27
• 2.5.2 三相软件锁相环27-28
• 2.6 统一控制系统谐波检测及指令合成的MATLAB仿真28-33
• 2.6.1 MATLAB/SIMUlink仿真软件28-29
• 2.6.2 谐波检测及指令合成仿真29-33
• 2.7 本章小结33-35
• 第三章 统一控制系统逆变器控制策略研究35-53
• 3.1 常见的电流跟踪控制方法36-37
• 3.1.1 三角波比较控制方法36
• 3.1.2 滞环比较控制方法36-37
• 3.1.3 电压空间矢量控制法37
• 3.2 滞环SVPWM控制法37-43
• 3.2.1 控制原理以及控制规则37-42
• 3.2.2 误差电流矢量和指令参考电压矢量的区域检测42-43
• 3.3 直流侧电压控制43-44
• 3.4 MATLAB仿真44-51
• 3.4.1 单一APF的MATLAB仿真46-48
• 3.4.2 APF与光伏并网逆变器统一控制系统的MATLAB仿真48-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 统一控制系统的硬件设计53-65
• 4.1 系统结构图53
• 4.2 系统主电路参数53-55
• 4.2.1 系统容量53-54
• 4.2.2 直流侧电压和电容值选择54
• 4.2.3 交流侧滤波电感选择54-55
• 4.3 智能功率模块55-57
• 4.3.1 IPM智能功率模块55-56
• 4.3.2 驱动电路56-57
• 4.4 信号采样及调理电路57-58
• 4.5 控制单元58-59
• 4.6 保护电路59-63
• 4.6.1 IPM保护电路60-61
• 4.6.2 直流侧保护电路61-62
• 4.6.3 故障处理电路62-63
• 4.7 移相电路设计63
• 4.8 本章小结63-65
• 第五章 基于DSP的统一控制系统软件设计65-75
• 5.1 软件开发环境CCS65
• 5.2 软件主程序设计65-66
• 5.3 子程序设计66-72
• 5.3.1 T1定时器中断66-67
• 5.3.2 A/D采样及校正67-68
• 5.3.3 软件锁相环计算68
• 5.3.4 谐波电流计算68-69
• 5.3.5 巴特沃斯滤波器69-70
• 5.3.6 电流跟踪控制70-71
• 5.3.7 PI控制71-72
• 5.4 DSP数据的定标72-73
• 5.4.1 IQmath库介绍72-73
• 5.4.2 定标Q的选取73
• 5.5 本章小结73-75
• 第六章 实验结果与分析75-85
• 6.1 软件锁相环波形75-77
• 6.2 单一APF实验波形77-81
• 6.3 APF与光伏逆变器统一控制实验波形81-84
• 6.4 本章小结84-85
• 总结与展望85-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果92

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