三电平光伏并网逆变器的控制

【摘要】：与传统的两电平并网逆变器相比，三电平并网逆变器的开关器件承受电压低、输出电流谐波含量少、开关频率低和电磁干扰小，在高压、大功率场合得到了广泛应用。然而，三电平并网逆变器开关器件和控制目标较多，控制较复杂，为了提高光伏并网逆变器性能和效率，需要对三电平并网逆变器的控制系统进行合理设计。为此本文对三电平光伏并网逆变器的控制技术进行研究，本文的主要研究内容如下： 1、对比分析了传统三电平逆变器拓扑的优缺点，给出了一种T型三电平逆变器拓扑，与二极管钳位型相比，该拓扑具有成本低、功耗小且能平衡所有开关损耗的优点，基于此拓扑建立了三电平光伏并网逆变器的数学模型，为系统的控制设计打下基础。 2、对三电平光伏并网逆变器的控制技术进行了分析，选择对模型预测控制技术进行深入研究，该控制技术相比于传统的控制技术控制灵活，通过调整目标函数的权重因子即可实现对三电平光伏并网逆变器综合性能的优化，且无需调制器，直接根据目标函数选择最优的开关状态，在电流跟踪性能和中点电位平衡控制方面具有较快的响应速度。在分析模型预测控制基本原理的基础上，建立了三电平光伏并网逆变器的离散预测模型和目标函数，并对传统模型预测控制技术存在的延时、计算量大的问题，给出解决方案。 3、分析了电网不平衡时三电平并网逆变器的基本问题，给出了基于模型预测控制的抑制并网电流负序分量的不平衡控制技术，针对不平衡电网下需要检测电网电压正负序分量和传统锁相环无法快速准确地锁定电网电压相位的问题，给出了基于解耦的双同步坐标系的正负序分离方法和锁相方法，该方法可以在不平衡电网下快速准确地检测电网电压正负序分量并锁定电网电压相位。 4、基于Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型，对三电平光伏并网逆变器的模型预测控制效果进行了仿真分析，仿真结果表明本文设计的模型预测控制器能够很好地跟踪参考电流，控制中点电位平衡，且在不平衡电网下控制输出电流平衡，动态和稳态性能较好。 5、在仿真分析的基础上，设计了三电平光伏并网逆变器的硬件和软件系统，搭建了30kW三电平光伏并网逆变器实验电路，通过实验验证了模型预测控制技术的有效性。实验结果表明本文设计的模型预测控制器能够很好地控制并网电流和中点电位平衡，且并网电流THD较小，系统功率因数较高，符合系统设计要求。 【关键词】：并网逆变器 三电平 模型预测控制 中点电位平衡 电网不平衡
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.2 光伏并网逆变器控制技术研究现状12-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 三电平光伏并网逆变器的建模19-28
• 2.1 三电平逆变器拓扑19-23
• 2.1.1 传统的三电平逆变器拓扑19-20
• 2.1.2 T 型三电平逆变器拓扑20-23
• 2.2 三电平光伏并网逆变器的数学模型23-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第三章 三电平光伏并网逆变器的控制技术28-47
• 3.1 三电平并网逆变器的控制技术28-31
• 3.1.1 PI 控制28-29
• 3.1.2 比例谐振控制29
• 3.1.3 滞环控制29
• 3.1.4 重复控制29-30
• 3.1.5 预测控制30-31
• 3.2 三电平光伏并网逆变器的模型预测控制技术31-44
• 3.2.1 模型预测控制的基本原理31-32
• 3.2.2 三电平并网逆变器离散预测模型32-34
• 3.2.3 三电平并网逆变器模型预测控制目标函数34-37
• 3.2.4 模型预测控制延时补偿37-42
• 3.2.5 改进的模型预测控制42-44
• 3.3 模型预测控制的三电平并网逆变器系统控制方案44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 电网不平衡时的三电平并网逆变器模型预测控制47-59
• 4.1 电网不平衡时三电平并网逆变器的基本问题47-48
• 4.2 电网不平衡时三电平并网逆变器的模型预测控制技术48-56
• 4.2.1 抑制并网电流负序分量的不平衡控制技术49-51
• 4.2.2 解耦的双同步坐标系正负序分离法51-54
• 4.2.3 解耦的双同步坐标系的软件锁相环54-56
• 4.3 电网不平衡时三电平并网逆变器系统控制方案56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 系统 Matlab 建模与仿真分析59-71
• 5.1 系统 Matlab 仿真模型的搭建59-62
• 5.2 理想电网下模型预测控制效果仿真分析62-67
• 5.2.1 并网电流控制效果分析62-65
• 5.2.2 中点电位平衡控制效果分析65-67
• 5.3 电网不平衡时模型预测控制效果仿真分析67-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第六章 系统设计与实验结果71-81
• 6.1 系统硬件设计71-76
• 6.1.1 主电路设计71-75
• 6.1.2 控制电路设计75-76
• 6.2 系统软件设计76-77
• 6.3 实验结果分析77-80
• 6.4 本章小结80-81
• 结论81-83
• 参考文献83-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 致谢90-91
• 附件91

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