非理想电网条件下的光伏并网逆变器的控制技术研究

【摘要】：电压型PWM变换器(VSC, Voltage Source Converter)由于其交流侧电流的正弦性、输入输出滤波器小、能量可双向流动、交流侧有功功功率和无功功率可分别进行控制等优点，得到了越来越广泛的应用。LCL型滤波器由于其相对L型滤波器对交流侧电流中的高频谐波有更强的抑制能力，因此也越来越多的被用于VSC变换器中。为了抑制LCL滤波器自身的谐振问题，本文采用加入电容电流内环用于增加系统阻尼的有源阻尼法。 针对电网电压在含有谐波的情况下造成并网逆变器并网电流畸变的问题,本文主要采用了两种控制方法：一种是在三相静止坐标系下采用比例谐振(Proportional Resonant-PR)和谐波补偿(harmonic compensator-HC)调节器相结合的控制策略；另一种是在同步旋转坐标系下采用PI调节器的电网电压状态反馈控制。 在并网过程中，特别是在电网含有谐波的条件下，为了获得三相PWM逆变器的控制信号实现并网逆变器有功和无功的独立控制，使电流呈正弦波并且功率因素可调，需要快速、准确地得知电网侧电压的相角变化。本文采用的基于双二阶广义积分器的软件锁相环，它不仅能在非理想电网中快速准确地获取电网电压的相位，而且还可以抑制电网谐波对系统输出的影响，具有良好的频率自适应特性，并通过大量的仿真研究验证了这一方法的正确性。 分别建立了LCL光伏并网逆变器交流侧三相静止坐标系下的等效数学模型和交流侧同步旋转坐标系下的等效数学模型。依据其等效数学模型，分析了三相静止坐标系下的比例谐振(Proportional Resonant-PR)和谐波补偿(harmoniccompensator-HC)调节器相结合的控制策略用于抑制电网电压谐波对并网电流影响的合理性；同时运用等效变换的原理详细分析了在同步旋转坐标系下采用比例、一阶微分、二阶微分三种状态反馈控制策略的正确性，并根据电网含有的谐波次数的不同进行了分类，不同的谐波次数采用不同的状态反馈策略，最后仿真验证了理论分析的正确性。 论文搭建了1.92kw的并网逆变器样机，进行了在非理想电网电压条件同步坐标系下，针对不同谐波次数采用相应状态反馈控制方案的实验。实验结果与仿真分析吻合，验证了控制方案的有效性。 【关键词】：电网电压谐波 状态反馈控制 双二阶广义积分器 并网电流畸变 比例谐振
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-11
• 插图清单11-13
• 表格清单13-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 课题研究背景和意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.2.1 理想条件下 LCL-VSI 控制策略研究现状15-16
• 1.2.2 非理想条件下 LCL-VSI 控制策略的研究现状16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 二阶广义积分器的锁相环技术研究18-30
• 2.1 锁相环原理18
• 2.2 基于软件的锁相环技术18-29
• 2.2.1 基于乘法鉴相器的软件锁相环20
• 2.2.2 单同步坐标系软件锁相环20
• 2.2.3 基于对称分量法的单同步坐标系软件锁相环20
• 2.2.4 基于双同步坐标系的解耦软件锁相环20
• 2.2.5 基于双二阶广义积分器的软件锁相环20-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 LCL-VSI 工作原理及其数学模型30-42
• 3.1 LCL 滤波器特性分析30-33
• 3.2 LCL-VSI 数学模型分析33-41
• 3.2.1 交流侧同步旋转坐标系下的数学模型34-37
• 3.2.2 交流侧三相静止坐标系下的数学模型37-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 LCL 滤波的 PWM 逆变器控制策略研究42-55
• 4.1 三相静止坐标系下的控制策略43-46
• 4.1.1 PR 控制策略43-45
• 4.1.2 PR 调节器的离散化实现45-46
• 4.2 同步旋转坐标系下的控制策略46-53
• 4.2.1 同步旋转坐标系下的控制策略分析46-50
• 4.2.2 仿真验证50-53
• 4.3 本章小结53-55
• 第五章 系统设计55-65
• 5.1 实验平台介绍55-57
• 5.2 并网逆变器同步坐标系下的实验57-59
• 5.3 实验结果59-64
• 5.3.1 基于二阶广义积分器的实验验证59-61
• 5.3.2 同步旋转坐标系下谐波控制策略的实验验证61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71-72

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