三電平光伏并網(wǎng)逆變器的控制

【摘要】：與傳統(tǒng)的兩電平并網(wǎng)逆變器相比，三電平并網(wǎng)逆變器的開關(guān)器件承受電壓低、輸出電流諧波含量少、開關(guān)頻率低和電磁干擾小，在高壓、大功率場合得到了廣泛應(yīng)用。然而，三電平并網(wǎng)逆變器開關(guān)器件和控制目標(biāo)較多，控制較復(fù)雜，為了提高光伏并網(wǎng)逆變器性能和效率，需要對三電平并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。為此本文對三電平光伏并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)進(jìn)行研究，本文的主要研究內(nèi)容如下： 1、對比分析了傳統(tǒng)三電平逆變器拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)，給出了一種T型三電平逆變器拓?fù)?，與二極管鉗位型相比，該拓?fù)渚哂谐杀镜?、功耗小且能平衡所有開關(guān)損耗的優(yōu)點(diǎn)，基于此拓?fù)浣⒘巳娖焦夥⒕W(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，為系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 2、對三電平光伏并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)進(jìn)行了分析，選擇對模型預(yù)測控制技術(shù)進(jìn)行深入研究，該控制技術(shù)相比于傳統(tǒng)的控制技術(shù)控制靈活，通過調(diào)整目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重因子即可實(shí)現(xiàn)對三電平光伏并網(wǎng)逆變器綜合性能的優(yōu)化，且無需調(diào)制器，直接根據(jù)目標(biāo)函數(shù)選擇最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)，在電流跟蹤性能和中點(diǎn)電位平衡控制方面具有較快的響應(yīng)速度。在分析模型預(yù)測控制基本原理的基礎(chǔ)上，建立了三電平光伏并網(wǎng)逆變器的離散預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)，并對傳統(tǒng)模型預(yù)測控制技術(shù)存在的延時(shí)、計(jì)算量大的問題，給出解決方案。 3、分析了電網(wǎng)不平衡時(shí)三電平并網(wǎng)逆變器的基本問題，給出了基于模型預(yù)測控制的抑制并網(wǎng)電流負(fù)序分量的不平衡控制技術(shù)，針對不平衡電網(wǎng)下需要檢測電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量和傳統(tǒng)鎖相環(huán)無法快速準(zhǔn)確地鎖定電網(wǎng)電壓相位的問題，給出了基于解耦的雙同步坐標(biāo)系的正負(fù)序分離方法和鎖相方法，該方法可以在不平衡電網(wǎng)下快速準(zhǔn)確地檢測電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量并鎖定電網(wǎng)電壓相位。 4、基于Matlab/Simulink搭建了系統(tǒng)仿真模型，對三電平光伏并網(wǎng)逆變器的模型預(yù)測控制效果進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的模型預(yù)測控制器能夠很好地跟蹤參考電流，控制中點(diǎn)電位平衡，且在不平衡電網(wǎng)下控制輸出電流平衡，動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能較好。 5、在仿真分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三電平光伏并網(wǎng)逆變器的硬件和軟件系統(tǒng)，搭建了30kW三電平光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)電路，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型預(yù)測控制技術(shù)的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的模型預(yù)測控制器能夠很好地控制并網(wǎng)電流和中點(diǎn)電位平衡，且并網(wǎng)電流THD較小，系統(tǒng)功率因數(shù)較高，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 【關(guān)鍵詞】：并網(wǎng)逆變器 三電平 模型預(yù)測控制 中點(diǎn)電位平衡 電網(wǎng)不平衡
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題的研究背景和意義11-12
• 1.2 光伏并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 三電平光伏并網(wǎng)逆變器的建模19-28
• 2.1 三電平逆變器拓?fù)?/span>19-23
• 2.1.1 傳統(tǒng)的三電平逆變器拓?fù)?/span>19-20
• 2.1.2 T 型三電平逆變器拓?fù)?/span>20-23
• 2.2 三電平光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-28
• 第三章 三電平光伏并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)28-47
• 3.1 三電平并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)28-31
• 3.1.1 PI 控制28-29
• 3.1.2 比例諧振控制29
• 3.1.3 滯環(huán)控制29
• 3.1.4 重復(fù)控制29-30
• 3.1.5 預(yù)測控制30-31
• 3.2 三電平光伏并網(wǎng)逆變器的模型預(yù)測控制技術(shù)31-44
• 3.2.1 模型預(yù)測控制的基本原理31-32
• 3.2.2 三電平并網(wǎng)逆變器離散預(yù)測模型32-34
• 3.2.3 三電平并網(wǎng)逆變器模型預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)34-37
• 3.2.4 模型預(yù)測控制延時(shí)補(bǔ)償37-42
• 3.2.5 改進(jìn)的模型預(yù)測控制42-44
• 3.3 模型預(yù)測控制的三電平并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)控制方案44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 電網(wǎng)不平衡時(shí)的三電平并網(wǎng)逆變器模型預(yù)測控制47-59
• 4.1 電網(wǎng)不平衡時(shí)三電平并網(wǎng)逆變器的基本問題47-48
• 4.2 電網(wǎng)不平衡時(shí)三電平并網(wǎng)逆變器的模型預(yù)測控制技術(shù)48-56
• 4.2.1 抑制并網(wǎng)電流負(fù)序分量的不平衡控制技術(shù)49-51
• 4.2.2 解耦的雙同步坐標(biāo)系正負(fù)序分離法51-54
• 4.2.3 解耦的雙同步坐標(biāo)系的軟件鎖相環(huán)54-56
• 4.3 電網(wǎng)不平衡時(shí)三電平并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)控制方案56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 系統(tǒng) Matlab 建模與仿真分析59-71
• 5.1 系統(tǒng) Matlab 仿真模型的搭建59-62
• 5.2 理想電網(wǎng)下模型預(yù)測控制效果仿真分析62-67
• 5.2.1 并網(wǎng)電流控制效果分析62-65
• 5.2.2 中點(diǎn)電位平衡控制效果分析65-67
• 5.3 電網(wǎng)不平衡時(shí)模型預(yù)測控制效果仿真分析67-69
• 5.4 本章小結(jié)69-71
• 第六章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果71-81
• 6.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)71-76
• 6.1.1 主電路設(shè)計(jì)71-75
• 6.1.2 控制電路設(shè)計(jì)75-76
• 6.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)76-77
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析77-80
• 6.4 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果89-90
• 致謝90-91
• 附件91

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