三电平光伏并网逆变器控制方法研究

【摘要】：世界能源危机和环境污染使得新能源的开发利用变得至关重要。太阳能发电以其高效清洁、储量丰富、分布广泛等优点成为各国政府和科研机构的研究焦点。为了更加高效、广泛的利用光伏电能,实现光伏发电的优质、友好地并网,需要解决的关键问题是光伏并网逆变器的控制策略。 传统的光伏并网逆变器主要采用dq坐标系下电压电流双闭环PI控制,但该控制方法存在的路径耦合、积分饱和、谐波抑制能力不足等问题,导致逆变器输出电能质量较差。 本文着重研究三相光伏并网逆变器的控制方法,具体包括：1)介绍了光伏并网逆变系统,在深入分析电压电流双闭环PI控制策略的基础上,提出了一种新型的多矢量比例积分控制方法,改善逆变器输出电能质量；2)针对NPC三电平逆变器直流侧中点电位不平衡问题,提出一种新颖的基于扩张状态观测器和非线性PI控制器的中点电位平衡控制方法；3)搭建一套10kW的三相光伏并网发电系统样机,验证了本文所提出的方法的有效性。 【关键词】：三电平光伏并网逆变器 双闭环PI控制 多矢量比例积分控制 电能质量 扩张状态观测器 非线性PI控制器 中点平衡问题
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 目录9-12
• 1 绪论12-23
• 1.1 太阳能光伏发电背景、现状及发展12-15
• 1.1.1 光伏发电背景12
• 1.1.2 光伏发电国内外现状以及发展12-15
• 1.2 光伏并网发电系统简介15-19
• 1.2.1 光伏阵列16-17
• 1.2.2 升压斩波电路17-18
• 1.2.3 滤波器18-19
• 1.3 逆变器及其控制技术19-22
• 1.3.1 逆变器的分类19
• 1.3.2 逆变器的控制技术19-22
• 1.4 本文主要工作22-23
• 2 三电平逆变器及双闭PI控制23-34
• 2.1 二极管箝位式三电平逆变器简介23-24
• 2.2 SVPWM调制策略24-27
• 2.3 逆变器的数学模型27-30
• 2.3.1 ABC三相静止坐标系下逆变器数学模型27-29
• 2.3.2 αβ坐标系下逆变器的数学模型29
• 2.3.3 dq坐标系下逆变器的数学模型29-30
• 2.4 电流电压双闭环PI控制30-34
• 2.4.1 电流内环PI控制器31-32
• 2.4.2 电压外PI控制器32-34
• 3 一种新型的电压电流双闭环控制策略34-46
• 3.1 双闭环PI控制方法的分析34-36
• 3.1.1 电流PI控制34-36
• 3.1.2 电压PI控制36
• 3.2 基于MVPI的电流内环控制方法36-42
• 3.2.1 矢量比例积分控制36-39
• 3.2.2 VPI参数设计39-42
• 3.2.3 基于MVPI的电流内环控制方法42
• 3.3 基于直流母线电压平方反馈控制的电压外环控制策略42-43
• 3.4 新型控制策略43
• 3.5 实验与结论43-45
• 3.5.1 稳态实验44
• 3.5.2 动态实验44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 新型三电平逆变器中点电位平衡控制策略46-56
• 4.1 中点电位平衡问题及其常用策略46-47
• 4.2 扩张状态观测器(ESO)47-49
• 4.2.1 非线性状态观测器47-48
• 4.2.2 非线性扩张状态观测器48-49
• 4.3 非线性PI控制器(NLPI)49-51
• 4.3.1 经典PI控制器49-50
• 4.3.2 非线性PI控制器50-51
• 4.4 基于ESO与NLPI的新型中点电位平衡的新策略51-53
• 4.4.1 中点电位数学模型51-52
• 4.4.2 一种新型的中点电位平衡控制方法52-53
• 4.5 实验结果及分析53-55
• 4.6 本章小结55-56
• 5 总结与展望56-58
• 5.1 全文工作总结56
• 5.2 后续工作展望56-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士期间发表(录用)的论文63

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