新型三相五电平光伏并网逆变器及其并网控制策略研究

【摘要】：当今，能源短缺问题逐渐凸显出来，对可再生清洁能源的利用已被提上日程，光伏并网发电也已经成为太阳能利用的重要形式。对于分散式小型光伏并网发电系统来说，两级式结构能够实现控制对象的解耦，其中，前级电路实现最大功率点跟踪和直流升压，后级电路实现并网控制和有功无功调节。本文针对后级光伏并网逆变器的拓扑结构进行了研究，并对相应的并网控制策略提出了改善措施。 本文首先对多电平逆变器的各类拓扑结构进行了分析，在对传统拓扑结构进行总结的基础上给出了本文采用的新型多电平逆变器结构，对其工作原理和调制方法进行了研究，它具有结构简单、可靠性高的特点。 对光伏并网逆变器进行了建模分析，将其从三相静止坐标系a、b、c转化到两相静止坐标系α-β中，由于两相之间不存在耦合，电流控制器的设计将更加方便。为抑制光伏并网逆变器输出并网电流中的谐波分量，主电路中采用T型滤波器对电能质量进行改善，并比较了T型滤波器与L型滤波器的滤波效果。由于T型滤波器的加入给系统带来了不稳定因素，需要进行阻尼控制，在对比分析有源阻尼和无源阻尼控制策略的基础上提出一种混合阻尼控制策略，并给出了一套有效的混合阻尼参数设计方法。 为了实现并网电流低THD的单位功率因数并网，同时满足动静态性能要求，在并网电流闭环中采用复合控制器，即：将重复控制器与比例谐振控制器并联使用于系统中，其中，比例谐振控制器的任务是保证系统的稳定性，实现无静差跟踪参考电流的目的，弥补重复控制器周期控制延时的不足；重复控制器的任务是对电网电压带来的谐波干扰给予抑制，弥补比例谐振控制器对电网电压谐波干扰抑制能力有限的不足。另外，有学者提出采用带有谐波补偿的准比例谐振控制器来抑制电网电压谐波带来的干扰，本文对比分析了重复控制器和带有谐波补偿的准比例谐振控制器，结果表明重复控制器具有更好的控制效果。 最后，通过MATLAB/Simulink对新型三相五电平光伏并网逆变器及其并网控制策略进行了仿真，验证了系统结构、参数设计及控制策略的正确性与有效性。 【关键词】：新型三相五电平逆变器 T型滤波器 混合阻尼控制 复合控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题的研究背景与意义8-12
• 1.1.1 能源危机和可再生能源的发展8-9
• 1.1.2 太阳能光伏产业的优势9
• 1.1.3 太阳能光伏发电系统简介9-11
• 1.1.4 多电平技术在光伏并网逆变器中的应用11-12
• 1.2 光伏并网控制技术研究现状12-13
• 1.3 本论文的研究内容和章节安排13-16
• 2 多电平逆变器分析16-38
• 2.1 引言16-17
• 2.2 传统多电平逆变器分析17-24
• 2.2.1 二极管钳位型多电平逆变器17-18
• 2.2.2 飞跨电容型多电平逆变器18-19
• 2.2.3 级联型多电平逆变器19-20
• 2.2.4 多电平逆变器通用拓扑结构及相关拓展拓扑结构20-24
• 2.3 新型五电平逆变器分析24-32
• 2.3.1 新型单相五电平逆变器的工作原理25-27
• 2.3.2 新型单相五电平拓扑结构的拓展27-29
• 2.3.3 新型多电平拓扑与传统多电平拓扑的比较29-30
• 2.3.4 新型三相五电平拓扑结构分析30-32
• 2.4 多电平逆变器的 PWM 调制策略32-35
• 2.4.1 三角载波层叠法32-33
• 2.4.2 优化 PWM 法33-35
• 2.5 新型多电平逆变器的调制策略35-36
• 2.5.1 新型单相五电平逆变器 SPWM 调制方法35-36
• 2.5.2 新型三相五电平逆变器 SPWM 调制方法36
• 2.6 本章小结36-38
• 3 带 T 型滤波器的光伏并网逆变器建模与分析38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 光伏并网逆变器建模与分析38-43
• 3.3 T 型滤波器性能分析与参数设计43-48
• 3.3.1 T 型滤波器性能分析43-45
• 3.3.2 T 型滤波器参数设计45-48
• 3.4 T 型滤波器的阻尼策略分析48-53
• 3.4.1 电网电感对谐振频率及系统阻尼的影响分析48-51
• 3.4.2 有源阻尼与无源阻尼混合控制策略分析51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4 基于复合控制的并网控制策略研究54-70
• 4.1 引言54
• 4.2 电流控制策略的选择54-58
• 4.3 复合控制策略分析58-69
• 4.3.1 复合控制策略59-64
• 4.3.2 控制器参数设计64-69
• 4.4 本章小结69-70
• 5 仿真分析70-86
• 5.1 多电平逆变器的仿真分析70-75
• 5.1.1 传统多电平与新型多电平逆变器结构的对比70-73
• 5.1.2 新型多电平逆变器的扩展拓扑仿真分析73-75
• 5.2 三相并网逆变器并网仿真分析75-85
• 5.2.1 理想电网电压下的系统仿真76-81
• 5.2.2 非理想电网电压下的系统仿真81-85
• 5.3 本章小结85-86
• 6 结论与展望86-88
• 6.1 全文总结86-87
• 6.2 论文不足之处与后续展望87-88
• 致谢88-90
• 参考文献90-96
• 附录96
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录96

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