非理想电网条件下三电平光伏并网变换器控制研究

【摘要】：光伏并网发电作为太阳能利用的重要形式之一,其推广应用具有重大的现实意义。为了提高发电质量,目前三电平变换器仍为光伏并网变换器的主流。本文以非理想电网条件下三电平光伏并网变换器的控制作为研究对象,深入研究了三电平光伏并网变换器的关键技术及其不平衡控制策略。非理想电网条件下基波相位及基波正负序分量的准确提取是实现三电平光伏并网变换器不平衡控制策略的基础。本文在研究基于自适应陷波滤波器(adaptive notch filter,ANF)锁相方法的基础上,针对其锁相性能受直流偏移和谐波的影响,分别提出了基于改进自适应陷波滤波器和基于滑动平均-自适应陷波滤波器的锁相方法,实现了直流偏移和谐波次数未知情况下的准确锁相。研究了基于双二阶广义积分器-锁频环(dual second order general integrator-frequency locked loop,DSOG-FLL)的基波正负序提取方法,并对其进行改进,实现了谐波次数未知情况下基波正负序分量的快速准确提取。对所提改进方法进行了仿真和实验研究,验证了所提方法的有效性。深入分析了三电平光伏并网变换器的中点电位不平衡问题,通过研究各基本矢量对中点电位造成的不同影响,提出了基于矢量置换与平衡因子相结合的三电平中点电位平衡算法,在充分考虑各基本矢量有利于中点电位平衡的情况下结合平衡因子的有效控制,实现了中点电位的动态平衡,通过仿真验证了中点电位平衡控制的有效性。针对电网不平衡时三电平光伏并网变换器交流侧的负序电流和直流侧电压的二倍频波动,分别提出了电网不平衡条件下抑制交流侧负序电流和抑制直流侧电压二次纹波的控制策略,有效实现了不平衡电网条件下三电平光伏并网变换器的高性能运行,并通过仿真验证了所提控制策略的有效性。为降低成本、提高系统鲁棒性,引入虚拟电网磁链,并提出了基于DSOGI-FLL的虚拟电网磁链观测技术,实现了电网不平衡条件下虚拟电网磁链正负序分量的快速准确提取。应用虚拟电网磁链观测技术,提出了电网不平衡条件下三电平光伏并网变换器无电网电压传感器的不平衡控制策略,并通过仿真验证了所提控制策略的有效性。 【关键词】：非理想电网 三电平光伏并网变换器 锁相及正负序 矢量置换与平衡因子 虚拟电网磁链
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 前言9-14
• 1.1 背景和意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-12
• 1.3 论文的主要研究内容12-14
• 第2章 非理想电网条件下锁相技术研究14-37
• 2.1 基于ANF的锁相技术14-21
• 2.1.1 ANF原理及存在的问题14-19
• 2.1.2 仿真分析19-21
• 2.2 基于改进ANF的锁相技术21-28
• 2.2.1 改进ANF原理21-22
• 2.2.2 非理想电网条件下改进ANF锁相性能分析22-25
• 2.2.3 仿真和实验研究25-28
• 2.3 基于MAF-ANF的锁相技术28-35
• 2.3.1 MAF原理28-29
• 2.3.2 非理想电网条件下MAF-ANF锁相性能分析29-32
• 2.3.3 实验研究32-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 非理想电网条件下基波正负序分量提取方法研究37-54
• 3.1 基于DSOGI-FLL基波正负序分量提取方法37-45
• 3.1.1 DSOGI-FLL原理37-38
• 3.1.2 基于DSOGI-FLL基波正负序提取方法的性能及问题38-42
• 3.1.3 仿真研究42-45
• 3.2 基于Multiple DSOGI-FLL基波正负序分量提取方法45-48
• 3.2.1 Multiple SOGI-FLL原理45
• 3.2.2 基于Multiple DSOGI-FLL基波正负序提取方法的性能及问题45-47
• 3.2.3 仿真研究47-48
• 3.3 基于MAF-DSOGI-FLL基波正负序分量提取方法48-52
• 3.3.1 MAF-DSOGI-FLL基波正负序分量提取的原理48-50
• 3.3.2 仿真和实验研究50-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 NPC三电平光伏并网变换器中点电位平衡控制研究54-66
• 4.1 传统三电平SVPWM算法54-59
• 4.1.1 NPC三电平光伏并网变换器拓扑结构54-55
• 4.1.2 区域判断55-57
• 4.1.3 时间计算57-58
• 4.1.4 时间状态分配58-59
• 4.2 中点电位平衡问题分析59-60
• 4.3 基于矢量置换与平衡因子相结合的三电平中点电位平衡算法60-63
• 4.4 仿真研究63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 非理想电网条件下三电平光伏并网变换器控制策略研究66-87
• 5.1 三电平光伏并网变换器的数学模型及分析66-69
• 5.2 不平衡电网条件下三电平光伏并网变换器控制69-73
• 5.2.1 抑制交流侧负序电流控制策略69-71
• 5.2.2 抑制直流侧电压二次纹波控制策略71-73
• 5.3 电网不平衡条件下无电网电压传感器控制研究73-78
• 5.3.1 d轴虚拟电网磁链定向下三电平光伏并网变换器的数学模型73-75
• 5.3.2 不平衡电网条件下基于DSOGI-FLL虚拟电网磁链观测器75-76
• 5.3.3 虚拟电网磁链定向下不平衡控制策略76-78
• 5.4 仿真研究78-85
• 5.5 本章小结85-87
• 结论87-89
• 参考文献89-94
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果94-95
• 致谢95

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