户用型三相四桥臂光伏逆变器控制策略研究

【摘要】：户用型光伏供电系统中普遍存在不对称负载和非线性负载,要求光伏逆变器具有较好的抗负载不平衡能力和适应非线性负载的能力。三相四桥臂逆变器的第四桥臂可为零序电流提供通路,具有较强的带不平衡负载能力。本文针对户用型光伏系统应用环境,重点研究三相四桥臂逆变器在不对称负载和非线性负载下的优化控制。本文首先介绍了户用型光伏供电系统的典型结构和常用三相四线制逆变器,重点介绍了三相四桥臂逆变器的应用特点及其调制和控制方法,阐述了在不平衡负载和非线性负载下的控制要求。为了便于对三相四桥臂逆变器控制系统分析,建立了三相四桥臂逆变器在静止坐标系和旋转坐标系下的数学模型,并分析了静止坐标系下模型解耦对逆变器控制的影响。分析了负载不平衡情况时对三相四桥臂逆变器母线电容电压纹波的影响。论述了一种基于载波的PWM调制方式工作原理,该调制方法具有与空间矢量调制相同的直流电压利用率,但实现更简单。对三相四桥臂逆变器在静止abc坐标系下采用比例谐振控制器的双闭环控制方式进行了理论分析和仿真验证,设计了电压电流调节器,并研究了谐振控制器的数字实现方法。通过对非线性负载情况下逆变器输出电压波形畸变原理的分析,设计了一种基于负载电流前馈的非线性控制策略,通过仿真验证了该控制策略对不平衡负载及非线性负载控制的有效性。设计制作了基于TMS320F28335控制的3k VA三相四桥臂光伏逆变电源实验平台,并详细介绍了软、硬件设计原理。完成了三相四桥臂光伏逆变器在不平衡负载和整流型非线性负载条件下的控制性能实验。实验结果表明在基于负载电流前馈的非线性控制下系统具有良好的稳态和动态性能。 【关键词】：户用型光伏系统 三相四桥臂逆变器 不平衡负载 非线性负载 非线性控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 三相四线制逆变器的发展11-13
• 1.3 三相四桥臂逆变器的研究现状13-15
• 1.3.1 三相四桥臂逆变器的调制方式13-14
• 1.3.2 三相四桥臂逆变器的控制方法14-15
• 1.4 不平衡负载及非线性负载15-17
• 1.4.1 不平衡负载15-16
• 1.4.2 电压不平衡的危害及指标16
• 1.4.3 非线性负载及谐波标准16-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 第2章 三相四桥臂逆变器工作原理分析19-32
• 2.1 三相四桥臂逆变器数学模型分析19-24
• 2.1.1 静止abc坐标系下三相四桥臂逆变器数学模型19-21
• 2.1.2 静止坐标系下数学模型解耦分析21-22
• 2.1.3 三相旋转坐标系下三相四桥臂逆变器数学模型22-24
• 2.2 三相四桥臂逆变器对直流侧电容的要求24-26
• 2.3 基于载波的PWM调制策略26-31
• 2.3.1 偏移电压的选择26-29
• 2.3.2 CBPWM在三相四桥臂逆变器中的实现29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 三相四桥臂逆变器闭环控制策略分析32-52
• 3.1 控制系统模型分析32-33
• 3.2 双闭环控制系统参数设计33-42
• 3.2.1 电流内环调节器参数设计33-36
• 3.2.2 电压外环调节器参数设计36-38
• 3.2.3 谐振控制器数字实现38-40
• 3.2.4 系统仿真分析40-42
• 3.3 非线性负载下改进的控制策略分析42-50
• 3.3.1 非线性负载下输出波形畸变原理42-44
• 3.3.2 基于负载电流前馈的非线性控制分析44-46
• 3.3.3 改进控制策略的仿真分析46-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 实验系统设计52-59
• 4.1 主电路硬件设计52-55
• 4.1.1 功率开关管选择52
• 4.1.2 滤波电路参数设计52-54
• 4.1.3 中线电感设计54-55
• 4.2 控制电路硬件设计55-57
• 4.2.1 采样电路设计56
• 4.2.2 保护电路设计56-57
• 4.3 系统软件设计57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 三相四桥臂逆变器实验结果与分析59-67
• 5.1 系统开环实验结果及分析59-60
• 5.2 改进前PR-P双环控制实验结果及分析60-63
• 5.2.1 线性负载条件下实验分析60-62
• 5.2.2 非线性负载条件下实验分析62-63
• 5.3 基于负载电流前馈的非线性控制闭环实验结果及分析63-66
• 5.3.1 阻性负载条件下实验分析63-65
• 5.3.2 感性负载条件下实验分析65
• 5.3.3 非线性负载条件下实验分析65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果73-74
• 致谢74-75
• 作者简介75

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