三相光伏并网逆变器控制策略的研究

【摘要】：随着环境污染、化石燃料枯竭等问题的日益严重，发展可再生的清洁能源已成为一种必然趋势。研究和实践证明，太阳光照辐射能量丰富，无污染且可再生，具有极大的开发前景。而光伏发电是太阳能利用的主要趋势，因此光伏发电系统成为近年来研究的热点。本课题主要研究对象为并网光伏逆变器，它是光伏发电系统的关键设备，本文对其控制策略进行了深入探讨。 首先，介绍了国内外并网逆变器的研究现状及主流控制技术。根据产品需求，选用中点箝位型三电平拓扑作为逆变器的主电路结构，设计了逆变系统的主电路和控制电路，并且对样机部分电路进行仿真和试验验证。 其次，深入研究了三电平脉宽调制方式，对中点箝位式逆变电路的拓扑结构和工作原理进行了分析，介绍了两种与之对应的主流脉宽调制方式：三角载波层叠法(SPWM)和空间矢量调制法(SVPWM)；然后在此基础上提出了一种改进的三电平SVPWM简化算法。该算法克服了传统SVPWM算法复杂度高，运算量大的缺点。本文还分析了上述简化算法对应的多种中点电位平衡控制策略。 然后，在ab坐标系及dq坐标系下建立了中点箝位式逆变器的数学模型，设计了并网逆变器电流闭环PI控制器，分别使用传统方法和细菌觅食算法对PI参数进行整定，优化改进了细菌觅食算法，并分析了细菌觅食算法与遗传算法的区别。 最后，使用MATLAB/Simulink对本文所提出的改进SVPWM简化算法、中点电位平衡控制策略、PI控制器进行仿真。仿真结果与理论分析相吻合，验证了此设计的可行性及实用性。 【关键词】：三电平逆变器 简化空间矢量调制法 中点电位平衡控制 PID控制器 细菌觅食算法
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 光伏逆变技术研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外光伏逆变技术的研究现状9-14
• 1.2.1 电路拓扑结构9-10
• 1.2.2 PWM 控制策略10-11
• 1.2.3 输出控制技术11-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 第二章 主电路及控制电路设计15-31
• 2.1 两级式光伏逆变系统介绍15
• 2.2 主电路设计15-24
• 2.2.1 功率开关管的选择16-17
• 2.2.2 直流侧电容的设计17-18
• 2.2.3 LC 滤波电路的设计18-23
• 2.2.4 功率开关管驱动设计23-24
• 2.3 控制电路设计24-30
• 2.3.1 电源模块设计24-26
• 2.3.2 信号调理电路设计26-27
• 2.3.3 死区发生器设计27-29
• 2.3.4 保护电路设计29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 三电平 SVPWM 简化控制算法31-46
• 3.1 三电平脉宽调制技术31-37
• 3.1.1 中点箝位式逆变电路工作分析31-33
• 3.1.2 SPWM 算法33-34
• 3.1.3 SVPWM 算法34-37
• 3.2 三电平 SVPWM 简化算法37-45
• 3.2.1 SVPWM 简化算法的研究现状38
• 3.2.2 改进的三电平 SVPWM 简化算法38-45
• 3.2.3 中点电位平衡控制策略45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 逆变控制系统设计46-62
• 4.1 三相电压型逆变器数学模型46-47
• 4.2 两相旋转坐标系下数学模型47-48
• 4.3 闭环控制系统设计48-52
• 4.3.1 dq 坐标系下解耦控制49-50
• 4.3.2 电流环的设计50-51
• 4.3.3 传统 PI 整定法51-52
• 4.4 细菌觅食算法 PI 整定52-61
• 4.4.1 BFO 算法原型和算法流程53-55
• 4.4.2 BFO 算法的改进与优化55-58
• 4.4.3 BFO 算法的仿真58-60
• 4.4.4 BFO 算法与遗传算法的比较60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 逆变系统的 Matlab 仿真62-75
• 5.1 SVPWM 算法仿真62-70
• 5.1.1 传统 SVPWM 算法仿真63-66
• 5.1.2 简化 SVPWM 算法仿真66-70
• 5.2 中点电位平衡控制仿真70-72
• 5.3 控制系统仿真72-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-80
• 附录 1 程序清单80-81
• 附录 2 攻读硕士学位期间撰写的论文81-82
• 致谢82

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