多电平光伏逆变器的并网控制策略研究

【摘要】：随着经济的发展和社会的进步,传统石化能源的大量消耗使人类的可持续发展面临着严峻的考验。以太阳能为代表的新能源因其无污染、可再生、分布广泛,越来越受到人们的重视和利用,而太阳能光伏并网是太阳能光伏利用的主要发展趋势。 近年来,光伏并网发电系统得到了迅速的发展,而作为其核心的光伏并网逆变器一直是国内外研究的热点。高效、电网友好型等特征是光伏并网逆变器的发展方向。与传统的两电平逆变器相比,多电平逆变器由于输出具有更低的谐波含量、更高的输出波形质量、对电网的影响小、开关器件承受的耐压应力减小而寿命延长,因而在高压大功率场合得到了广泛的应用。随着电力电子器件的不断发展以及数字控制技术的不断进步,多电平光伏并网系统也将更加快速地发展。 本文首先介绍了多电平逆变器的各种拓扑结构以及常用的调制方法,以常见的二极管箝位式(NPC)三电平逆变器为例,阐述了多电平逆变器的工作原理和空间电压矢量PWM(SVPWM)控制。在此基础上,通过对合成矢量大小扇区的判断、空间电压矢量作用时间以及开关矢量作用顺序等的研究,得到了实用的SVPWM控制策略。 然后,本文在分析中点电压波动机理的基础上,研究了三种中点电压平衡控制方法,其中滞环中点电压控制和精确中点电压控制通过调节小矢量的作用时间很好地平衡了中点电压,虚拟空间矢量控制(VSVPWM)通过选取新的合适的空间矢量,得到了最优的中点电压平衡控制效果。仿真结果验证了控制方法的有效性。 为了实现逆变器的并网电流控制,本文研究了NPC三电平逆变器的动态数学模型,对其进行坐标变换、解耦控制、双闭环PI调节器设计,最终得到了实用的光伏并网逆变器的直接电流控制方法。基于本文所研究的工作原理和控制策略,设计了一台10kW三相三电平光伏并网逆变器样机,论文给出了逆变器硬件和软件部分的详细设计,另外,本文给出了Matlab/Simulink平台上的仿真结果以及硬件平台上的实验结果,仿真和实验结果验证了本文并网控制策略的正确性。 最后,本文对毕业设计的研究工作进行了总结,并对将来的研究方向进行了展望。 【关键词】：多电平 空间电压矢量(SVPWM) 中点电压平衡 并网控制
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 课题的背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 太阳能光伏发电系统概述14-17
• 1.4 最大功率点跟踪控制和孤岛检测17-19
• 1.4.1 最大功率点跟踪（MPPT）控制17-18
• 1.4.2 孤岛控制18-19
• 1.5 多电平技术在光伏并网逆变器中的应用19-25
• 1.5.1 多电平逆变器的拓扑结构19-22
• 1.5.2 多电平逆变器的调制策略22-25
• 1.6 本文主要研究内容25-26
• 第二章 多电平逆变器空间电压矢量 PWM 控制26-41
• 2.1 二极管箝位式三电平逆变器的工作原理26-27
• 2.2 二极管箝位式三电平逆变器的开关数学模型27-29
• 2.3 二极管箝位式三电平逆变器的空间电压矢量29-32
• 2.4 三电平逆变器的SVPWM 算法32-40
• 2.4.1 扇区的判断32-34
• 2.4.2 空间电压矢量作用时间的计算34-38
• 2.4.3 空间电压矢量作用顺序38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 多电平逆变器的中点电压平衡控制策略41-55
• 3.1 中点电压波动原理41-44
• 3.2 中点电压平衡控制方法44-51
• 3.2.1 滞环中点电压控制45-46
• 3.2.2 精确中点电压控制46-47
• 3.2.3 虚拟空间矢量（VSVPWM）控制47-51
• 3.3 仿真比较51-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 多电平逆变器的直接电流控制55-68
• 4.1 二极管箝位式三电平逆变器的动态数学模型55-60
• 4.1.1 ABC 静止坐标系下的动态数学模型57-58
• 4.1.2 αβ静止坐标系下的动态数学模型58-59
• 4.1.3 dq 旋转坐标系下的动态数学模型59-60
• 4.2 状态反馈解耦60-63
• 4.3 双闭环矢量控制系统控制器设计63-67
• 4.3.1 电流内环PI 调节器的设计63-65
• 4.3.2 电压外环PI 调节器的设计65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 多电平逆变器的硬件和软件设计68-83
• 5.1 系统硬件设计68-72
• 5.1.1 控制部分69
• 5.1.2 信号采集部分69-71
• 5.1.3 功率部分71-72
• 5.2 系统软件设计72-79
• 5.2.1 AD 采样子程序74
• 5.2.2 数据处理子程序74-75
• 5.2.3 SVPWM 控制子程序75-78
• 5.2.4 软件资源配置78-79
• 5.3 仿真和实验研究79-82
• 5.4 本章小结82-83
• 第六章 总结和展望83-85
• 6.1 总结83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录90

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