三相光伏并网逆变器的控制技术研究

【摘要】：为研究对象,重点分析和研究了光伏逆变器的电网同步技术,LCL型滤波器的有源阻尼控制原理以及并网逆变器电流双闭环控制技术。本文首先对并网逆变器的电网同步技术进行研究,介绍了单同步坐标系锁相环(SRF-PLL)的工作原理,指出在理想的电网条件下,一个高带宽的单同步坐标系锁相环可以快速、无误差地获得电网电压的幅相信息,然而当电网发生不对称故障时,SRF-PLL的检测结果就会存在误差,导致锁相性能大幅下降。针对SRF-PLL对电网故障敏感这一缺陷,本文研究了一种级联二阶广义积分器锁频环技术,该技术不仅能在电压跌落、频率突变的电网中快速、准确地获取电网电压的相频信息,而且还能对谐波畸变不敏感。仿真结果表明了该技术有效可行。其次,为了研究LCL型滤波器的控制特性,本文推导了三相LCL并网逆变器的数学模型,并在同步坐标系下对数学模型进行解耦。结合数学模型,分析了无阻尼控制时LCL型滤波器的滤波性能,指出了LCL滤波器存在的谐振特性是由于其对并网电流中高次谐波的低阻抗造成的。为了增加系统在谐振频率处的阻尼,将现有的无源与有源阻尼控制策略进行了详细的分析比对,结果表明采用虚拟电阻并联电容法能够有效增加系统阻尼,抑制LCL型滤波器的谐振尖峰,提高整个系统的稳定性。最后,本文分析了基于同步坐标系和静止坐标系的电流双闭环控制原理及其电流控制器的性能,并给出了合理的系统控制参数设计方法。由于电网背景谐波的存在会降低电流控制器的性能并导致入网电流波形的畸变和相移,为了解决这个问题,本文分别在静止坐标系和同步旋转坐标系下,深入研究了两种不同的特定谐波补偿控制策略。最后结合理论研究,搭建模型对两种控制策略进行对比分析。结果表明,采用比例谐振控制器加谐波补偿器的三相LCL光伏并网逆变器具有更好的抗谐波扰动能力,同时兼顾良好的动态响应性能和稳态裕度,满足光伏并网控制的性能要求。 【关键词】：并网逆变器 级联二阶广义积分器锁频环 有源阻尼 电流双闭环控制 比例谐振控制器
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 课题研究的背景和意义13-14
• 1.2 光伏逆变器并网技术的发展现状14-16
• 1.2.1 电网同步技术14-15
• 1.2.2 光伏逆变器电流控制技术15-16
• 1.3 本文主要研究的内容16-17
• 第二章 级联二阶广义积分器锁频环技术研究17-36
• 2.1 锁相环概述17-18
• 2.2 单同步坐标系锁相环技术18-22
• 2.2.1 基本工作原理18-19
• 2.2.2 电网故障条件下的SRF-PLL19-22
• 2.3 级联二阶广义积分器锁频环技术22-30
• 2.3.1 电压正负序分量解耦原理22-23
• 2.3.2 基于级联二阶广义积分器的正交信号发生器23-26
• 2.3.3 基于级联二阶广义积分器的解耦网络26-27
• 2.3.4 基于级联二阶广义积分器的锁频环分析27-30
• 2.4 仿真结果分析30-34
• 2.4.1 电网电压降落仿真31-33
• 2.4.2 电网频率变化仿真33
• 2.4.3 电网谐波畸变仿真33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 三相LCL光伏并网逆变器的阻尼控制研究36-49
• 3.1 基于LCL型滤波器的三相并网逆变器数学模型36-39
• 3.2 LCL型滤波器的无阻尼控制分析39-42
• 3.3 基于LCL型滤波器的阻尼控制策略42-48
• 3.3.1 无源阻尼控制策略42-44
• 3.3.2 有源阻尼控制策略44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 三相LCL光伏逆变器并网电流控制技术研究49-76
• 4.1 基于电容电流反馈的电流双闭环控制策略49
• 4.2 同步坐标系下的电流双闭环控制技术49-59
• 4.2.1 同步坐标系下的电流双闭环控制结构及原理49-53
• 4.2.2 电流双闭环控制参数的设计53-56
• 4.2.3 电网谐波畸变条件下的电流控制技术56-59
• 4.3 静止坐标系下的电流双闭环控制技术59-64
• 4.3.1 PR控制器的基本原理60-61
• 4.3.2 PR控制器的性能分析61-64
• 4.3.3 静止坐标系下的电流双闭环控制结构64
• 4.4 仿真验证64-74
• 4.4.1 系统控制参数设定64-67
• 4.4.2 理想电网条件下的系统仿真67-71
• 4.4.3 电网背景谐波扰动下的系统仿真71-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 5.1 研究总结76
• 5.2 未来研究展望76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士期间发表的论文82-83
• 致谢83

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