基于谐波平衡及Floquet理论的光伏逆变器的稳定性分析

【摘要】：全球能源危机日益严重,太阳能作为一种新型能源有很大的发展前景,要想使太阳能代替传统能源来满足我们日常生活的需要,很重要的一个环节就是光伏逆变器的研究,而光伏逆变器运行的前提是光伏逆变器的稳定性,因此本文的研究重点就放在光伏逆变器的稳定性研究上。 本文首先介绍了按照输出滤波器分类的光伏逆变器,选择其中适合大容量发电系统应用的LCL型并网逆变器作为研究对象,研究其在无源阻尼和PI控制作用下的稳定性。分别应用常规稳定性分析方法和基于谐波平衡及Floquet理论的分析方法,得出两种稳定性分析方法下使系统稳定的阻尼电阻临界值,并对比了在得出的两个阻尼电阻临界值处LCL型并网逆变器的并网电流波形,可以看到基于谐波平衡及Floquet理论得出的阻尼电阻临界值处的并网电流波形要好于常规稳定性分析方法下得到的阻尼电阻临界值处的并网电流波形,并揭示了产生此现象的本质原因。 然后,基于频闪映射的思想建立了LCL型并网逆变器的离散模型,利用分岔图和折叠图来研究LCL型并网逆变器的稳定性,因为此离散模型为非线性的模型,而常规稳定性分析方法和基于谐波平衡及Floquet理论的分析方法所基于的模型都为线性的,因此基于此离散模型的稳定性分析所得出的阻尼电阻值会使系统稳定,仿真验证了这一结论,同时得出了基于谐波平衡及Floquet理论的稳定性分析方法所得出的阻尼电阻值更为接近使系统稳定的值。进一步基于此离散模型,利用分岔图和折叠图得出了使系统稳定的PI控制参数和输入电压的范围,并用仿真进行了验证。 然后介绍了非线性负载的分类及其对供电电源的影响,而以前对带非线性负载逆变器分析的一般做法为将非线性负载近似为线性负载后再对逆变器进行分析,这种做法不能完全体现出非线性负载的特性,因此在对设备等要求越来越严格精密的今天,需要一种新的分析方法,而基于谐波平衡及Floquet理论的分析方法可以对周期性变化连续性非线性负载进行精确的分析,其在对逆变器进行稳定性分析时,不需对非线性负载进行近似化处理,在分析过程中可以完全体现非线性负载的特性,仿真和实验结果验证了此稳定性分析方法的正确性和准确性。 由于光伏电池板的电压较低,光伏逆变器一般采用两级结构,但一般的设计及分析方法一般将两级分开进行设计,但两级单独稳定时,级联后系统并不定处于稳定状态,因此需将两级一起进行稳定性分析,基于谐波平衡及Floquet理论的稳定性分析方法,可将两级逆变器进行整体性建模并进行稳定性分析,仿真和实验验证了此稳定性分析方法的正确性。 【关键词】：光伏逆变器 谐波平衡 Floquet理论 稳定性分析 离散映射 分岔图 折叠图
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 引言12-16
• 1.1 光伏发电研究背景12-13
• 1.2 光伏逆变器稳定性分析的国内外研究现状13-14
• 1.3 本文内容安排14-16
• 2 基于谐波平衡及Floquet理论的LCL型并网逆变器的稳定性分析16-30
• 2.1 LCL型光伏并网逆变器分类及控制方法16-17
• 2.2 常规LCL型并网逆变器的稳定性分析17-21
• 2.2.1 LCL型光伏并网逆变器的参数设计18-20
• 2.2.2 常规LCL型光伏并网逆变器的稳定性分析20-21
• 2.3 基于谐波平衡及Floquet理论的稳定性分析21-28
• 2.3.1 Floquet理论的介绍21-22
• 2.3.2 基于谐波平衡及Floquet理论的稳定性分析与常规对比22-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 基于频闪映射的LCL型并网逆变器的稳定性分析30-46
• 3.1 LCL型并网逆变器的离散模型30-32
• 3.2 阻尼电阻对LCL型并网逆变器稳定性的影响32-36
• 3.3 PI控制参数对LCL型并网逆变器稳定性的影响36-39
• 3.4 输入电压对LCL型并网逆变器稳定性的影响39-41
• 3.5 实验及结果分析41-44
• 3.6 本章小结44-46
• 4 基于谐波平衡及Floquet理论的带非线性负载逆变器稳定性分析46-56
• 4.1 非线性负载及其影响46
• 4.2 带非线性负载的逆变器稳定性分析46-51
• 4.2.1 LC型逆变器的参数设计47-48
• 4.2.2 基于谐波平衡及Floquet理论的稳定性分析48-51
• 4.3 仿真及实验验证51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 基于谐波平衡及Floquet理论的两级逆变器稳定性分析56-68
• 5.1 传统两级逆变器的稳定性分析及其不足56-59
• 5.2 基于谐波平衡及Floquet理论的稳定性研究59-62
• 5.3 仿真和实验验证62-65
• 5.4 本章小结65-68
• 6 结论68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 全文展望69-70
• 参考文献70-74
• 作者简历74-78
• 学位论文数据集78

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