【摘要】：并網(wǎng)逆變器是分布式發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵設備,其工作特性對系統(tǒng)的整體效率與穩(wěn)定性影響巨大。本文以應用于分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相、三相并網(wǎng)逆變器為研究對象,對若干關鍵控制技術展開深入研究,提出了一些改善并網(wǎng)逆變器工作特性的策略,并采用仿真和實驗手段加以驗證。以下為本文主要研究工作。(1)并網(wǎng)逆變器輸出側必須采用電感進行濾波,濾波電感引入了dq電流的耦合,該耦合會降低逆變器旋轉坐標系電流控制的動態(tài)特性。三相并網(wǎng)逆變器傳統(tǒng)電感電流前饋解耦控制受參數(shù)準確性影響較大,當電感參數(shù)出現(xiàn)偏差時解耦效果下降明顯。采用復矢量分析法對三相系統(tǒng)進行建模,將多輸入多輸出的數(shù)學模型簡化為單輸入單輸出模型,設計了具備優(yōu)異解耦能力的復矢量PI控制器,增強了控制器的參數(shù)魯棒性,提高了逆變器在弱電網(wǎng)等工況下的動態(tài)響應速度。(2)單相并網(wǎng)逆變器主電路只存在一個自由度,為在旋轉坐標系下進行dq電流獨立控制,需要正交信號產(chǎn)生模塊生成一個虛擬正交自由度。傳統(tǒng)構造虛擬正交自由度的方法,引入了延遲環(huán)節(jié)和額外擾動,導致控制器變得復雜,破壞了動態(tài)特性。本文直接將正交信號的參考值用作坐標變換,提出了單相系統(tǒng)的準矢量控制,消除了擾動項。基于準矢量控制,dq電流解耦控制得以延伸至單相系統(tǒng),發(fā)展出了參考電流前饋解耦和準復矢量PI控制策略。以上控制策略能夠對單相并網(wǎng)逆變器輸出電流進行無靜差追蹤,并有效改善單相并網(wǎng)逆變器電流環(huán)的動態(tài)響應速度和頻率適應性。(3)兩級式單相并網(wǎng)逆變器,由于輸入功率恒定而輸出功率存在2次脈動,直流母線存在2次電壓紋波。直流母線若采用傳統(tǒng)的PI控制器進行調(diào)節(jié),輸出的瞬時指令電流將富含3次諧波,逆變器無法在直流母線瞬態(tài)響應速度與輸出電流質(zhì)量之間取得平衡。本文提出了2階FIR陷波器結合基于卡爾曼濾波器的輸入功率前饋的母線電壓控制策略,改善直流母線的控制特性。2階FIR陷波器能夠阻斷諧波的傳導,保證輸出波形質(zhì)量;卡爾曼濾波器對直流母線輸入電流進行辨識,計算實時輸入功率用于前饋控制,改善了直流母線電壓的動態(tài)響應速度,該方法不需要額外電流傳感器,適用于分布式系統(tǒng)。與此同時提出了一種調(diào)制補償策略,消除了2次電壓紋波在電流環(huán)中引入的非線性環(huán)節(jié)。仿真和實驗結果表明,該策略能很好的優(yōu)化兩級式單相并網(wǎng)逆變器輸出波形質(zhì)量和直流母線電壓的瞬態(tài)響應速度。(4)光伏陣列與大地之間存在寄生電容,當非隔離型并網(wǎng)光伏逆變器輸出共模電壓變化時,將產(chǎn)生共模漏電流。本文從拓撲結構和調(diào)制算法兩方面,對比分析了單相和三相并網(wǎng)逆變器的共模漏電流抑制策略,得出了若干有價值的結論。單相并網(wǎng)逆變器采用H橋拓撲時,采用雙極性調(diào)制可以抑制共模漏電流,但輸出電流質(zhì)量較差;H5、H6和HERIC等改進型拓撲能在保證輸出電流品質(zhì)的同時基本實現(xiàn)零共模漏電流。三相兩電平逆變器空間矢量調(diào)制(SVPWM)的共模漏電流抑制能力較差;NSPWM(Near State PWM)調(diào)制、AZSPWM(Active Zero State PWM)調(diào)制能減少共模漏電流,但輸出波形質(zhì)量較差。三相三電平逆變器雖然在共模漏電流抑制方面具有原生優(yōu)勢,但三電平SVPWM調(diào)制輸出共模電流仍然較大;2MV1ZPWM(PWM with two medium and one zero vectors)調(diào)制能夠實現(xiàn)零共模電流,但是輸出波形質(zhì)量較差,缺乏中點平衡能力,直流母線電壓利用率低。綜合考慮分布式發(fā)電系統(tǒng)需求后,本文在LMZPWM(PWM with large vectors,medium vectors,and one zero vector)調(diào)制的基礎上,提出了一種應用于三電平逆變器的多模式混合PWM調(diào)制(Multi-Mode Hybrid PWM,MMHPWM),該方法能在輸出波形質(zhì)量、母線電壓利用率、中點平衡、共模漏電流抑制等多方面取得較好的折衷效果。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM464
【圖文】：

可再生能源的增長與國家分布

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蓋兆軍;;日本福島核泄漏的影響和事件前后能源結構的變化[J];中國人口·資源與環(huán)境;2015年S1期

2 郭小強;李建;魏寶澤;盧志剛;王寶誠;孫孝峰;;無變壓器非隔離型三電平光伏逆變器載波調(diào)制對系統(tǒng)漏電流影響分析[J];中國電機工程學報;2015年16期

3 石祥花;許津銘;謝少軍;;三電平中點鉗位變換器電容電壓自平衡機理與均壓控制策略[J];電力系統(tǒng)自動化;2014年07期

4 孫毅超;趙劍鋒;季振東;姚曉君;;一種基于虛擬電路閉環(huán)的單相PWM整流器控制新方法[J];電工技術學報;2013年12期

5 陳燕東;羅安;周樂明;謝寧;金國彬;呂志鵬;;一種功率前饋的魯棒預測無差拍并網(wǎng)控制方法[J];中國電機工程學報;2013年36期

6 嵇保健;王建華;趙劍鋒;;不隔離單相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)輸入電流低頻紋波抑制[J];電工技術學報;2013年06期

7 陳家偉;陳杰;龔春英;;離網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)功率控制與能量管理策略[J];中國電機工程學報;2012年S1期

8 張興;邵章平;王付勝;劉萍;;非隔離型三相三電平光伏逆變器的共模電流抑制[J];中國電機工程學報;2013年03期

9 張之華;葉茂;羅昕;錢達志;;日本福島核事故的思考與警示[J];原子能科學技術;2012年S2期

10 彭雙劍;羅安;榮飛;吳敬兵;呂文坤;;LCL濾波器的單相光伏并網(wǎng)控制策略[J];中國電機工程學報;2011年21期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 孫龍林;張興;許頗;趙為;曹仁賢;;單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器中共模電流抑制的研究[A];2008中國電工技術學會電力電子學會第十一屆學術年會論文摘要集[C];2008年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 唐芬;直驅永磁風力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術研究[D];北京交通大學;2012年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 黃金;弱電網(wǎng)下前饋解耦控制對變流器電流控制穩(wěn)定性影響的復矢量分析[D];華中科技大學;2015年

本文編號：2730500