【摘要】：近些年,可再生能源的過快增長導致產(chǎn)能過剩,而分布式發(fā)電系統(tǒng)被認為是一種很好的解決方案。并網(wǎng)逆變器作為可再生能源發(fā)電設備與電網(wǎng)進行能量交換的橋梁,其性能的優(yōu)化對分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應速度的提高有著至關重要的作用。模型預測控制以其算法易于實施、動態(tài)響應速度快以及可以實現(xiàn)多目標優(yōu)化的優(yōu)點,在眾多的控制算法中受到最廣泛的關注。但是模型預測控制也有其自身的缺陷,比如計算量大、開關頻率不恒定等。計算量大的問題限制其在多電平并網(wǎng)逆變器中的應用;開關頻率不恒定的問題使得并網(wǎng)逆變器輸出電壓的諧波頻譜范圍廣,增加了交流側濾波電路設計的難度。本文針對傳統(tǒng)模型預測控制計算量大、開關頻率變化的問題,提出了幾種基于模型預測直接功率控制的控制算法。以T型三電平并網(wǎng)逆變器為例,說明了這些算法的優(yōu)越性。此外,為了使并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)發(fā)生故障時能夠穩(wěn)定運行,提出了一種模型預測靈活功率控制算法。針對計算量大的問題,為了改善傳統(tǒng)模型預測控制的尋優(yōu)過程,本文提出了兩步模型預測直接功率控制算法,使循環(huán)計算次數(shù)從25次降低至12次,同時提出了新的延遲時間補償方法來提高并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)態(tài)性能。針對開關頻率不恒定的問題,本文在兩步模型預測直接功率控制算法的基礎上,提出雙開關矢量模型預測直接功率控制算法。該算法的開關序列包括兩個開關矢量來實現(xiàn)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié),并同時平衡直流母線中點電壓。相對于傳統(tǒng)模型預測直接功率控制,當三電平并網(wǎng)逆變器采用雙開關矢量模型預測直接功率控制時,其輸出電壓的諧波的頻率主要集中在采樣頻率附近,且網(wǎng)側電流諧波與功率紋波明顯減少。但是雙開關矢量模型預測直接功率控制不能減少控制程序的計算量。吸取兩步模型預測直接功率控制算法與雙開關矢量模型預測直接功率控制算法的優(yōu)點,本文提出四步模型預測直接功率控制算法。該算法使用三矢量開關序列,來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模型預測直接功率控制的開關矢量,達到實現(xiàn)開關頻率恒定的目的。同時提出新的代價函數(shù)和四步尋優(yōu)方法,來降低控制程序計算量。相比于傳統(tǒng)模型預測直接功率控制,四步模型預測直接功率控制不僅可以降低控制程序的計算量,而且可以實現(xiàn)恒定的開關頻率。但是,四步模型預測直接功率控制的開關頻率要比傳統(tǒng)模型預測直接功率控制的高,這使得死區(qū)時間對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)態(tài)性能(如電流諧波總含量)的影響增加。本文提出一種結合死區(qū)補償與死區(qū)消除的方法來消除死區(qū)時間的不利影響,達到提高并網(wǎng)逆變器穩(wěn)態(tài)性能的目的。當交流側相電流遠離過零點時,控制程序采用死區(qū)消除方法來實現(xiàn)在無死區(qū)時間時完成開關矢量的切換。當交流側相電流靠近過零點時,控制程序在開關序列中插入死區(qū)時間,同時通過修正給定的有功功率和無功功率來補償死區(qū)時間的影響。在電網(wǎng)正常時,采用上述方法的三電平并網(wǎng)逆變器具有優(yōu)秀的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能,而當電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落或者不平衡時,網(wǎng)側電流的幅值和諧波會迅速增大。因此,本文提出模型預測靈活功率控制,來降低故障電網(wǎng)下網(wǎng)側電流的諧波含量,并提供過流保護。當無功功率給定值為零時,該算法把有功功率的參考值分成兩部分,分別用于消除有功功率振蕩和無功功率振蕩,并且推導出兩部分功率比例η與電流峰值的關系。通過調(diào)節(jié)η來控制有功功率和無功功率振蕩的幅值,達到以犧牲最小的額定功率來實現(xiàn)過流保護,降低網(wǎng)側電流的諧波,并將有功功率和無功功率的振蕩降至最低。最后,對本文提出的所有算法通過實驗進行驗證,實驗結果表明所述算法都能達到預期的目標。這些算法對模型預測直接功率控制在功率變換器的應用與推廣具有積極的意義。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM464

【參考文獻】

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本文編號：2771530