多電平光伏逆變器的并網(wǎng)控制策略研究

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,傳統(tǒng)石化能源的大量消耗使人類的可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。以太陽(yáng)能為代表的新能源因其無(wú)污染、可再生、分布廣泛,越來(lái)越受到人們的重視和利用,而太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)是太陽(yáng)能光伏利用的主要發(fā)展趨勢(shì)。 近年來(lái),光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展,而作為其核心的光伏并網(wǎng)逆變器一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。高效、電網(wǎng)友好型等特征是光伏并網(wǎng)逆變器的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的兩電平逆變器相比,多電平逆變器由于輸出具有更低的諧波含量、更高的輸出波形質(zhì)量、對(duì)電網(wǎng)的影響小、開關(guān)器件承受的耐壓應(yīng)力減小而壽命延長(zhǎng),因而在高壓大功率場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電力電子器件的不斷發(fā)展以及數(shù)字控制技術(shù)的不斷進(jìn)步,多電平光伏并網(wǎng)系統(tǒng)也將更加快速地發(fā)展。 本文首先介紹了多電平逆變器的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及常用的調(diào)制方法,以常見的二極管箝位式(NPC)三電平逆變器為例,闡述了多電平逆變器的工作原理和空間電壓矢量PWM(SVPWM)控制。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)合成矢量大小扇區(qū)的判斷、空間電壓矢量作用時(shí)間以及開關(guān)矢量作用順序等的研究,得到了實(shí)用的SVPWM控制策略。 然后,本文在分析中點(diǎn)電壓波動(dòng)機(jī)理的基礎(chǔ)上,研究了三種中點(diǎn)電壓平衡控制方法,其中滯環(huán)中點(diǎn)電壓控制和精確中點(diǎn)電壓控制通過(guò)調(diào)節(jié)小矢量的作用時(shí)間很好地平衡了中點(diǎn)電壓,虛擬空間矢量控制(VSVPWM)通過(guò)選取新的合適的空間矢量,得到了最優(yōu)的中點(diǎn)電壓平衡控制效果。仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制方法的有效性。 為了實(shí)現(xiàn)逆變器的并網(wǎng)電流控制,本文研究了NPC三電平逆變器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)變換、解耦控制、雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì),最終得到了實(shí)用的光伏并網(wǎng)逆變器的直接電流控制方法?；诒疚乃芯康墓ぷ髟砗涂刂撇呗?設(shè)計(jì)了一臺(tái)10kW三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器樣機(jī),論文給出了逆變器硬件和軟件部分的詳細(xì)設(shè)計(jì),另外,本文給出了Matlab/Simulink平臺(tái)上的仿真結(jié)果以及硬件平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文并網(wǎng)控制策略的正確性。 最后,本文對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)將來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。 【關(guān)鍵詞】：多電平 空間電壓矢量(SVPWM) 中點(diǎn)電壓平衡 并網(wǎng)控制
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 課題的背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述14-17
• 1.4 最大功率點(diǎn)跟蹤控制和孤島檢測(cè)17-19
• 1.4.1 最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制17-18
• 1.4.2 孤島控制18-19
• 1.5 多電平技術(shù)在光伏并網(wǎng)逆變器中的應(yīng)用19-25
• 1.5.1 多電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)19-22
• 1.5.2 多電平逆變器的調(diào)制策略22-25
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容25-26
• 第二章 多電平逆變器空間電壓矢量 PWM 控制26-41
• 2.1 二極管箝位式三電平逆變器的工作原理26-27
• 2.2 二極管箝位式三電平逆變器的開關(guān)數(shù)學(xué)模型27-29
• 2.3 二極管箝位式三電平逆變器的空間電壓矢量29-32
• 2.4 三電平逆變器的SVPWM 算法32-40
• 2.4.1 扇區(qū)的判斷32-34
• 2.4.2 空間電壓矢量作用時(shí)間的計(jì)算34-38
• 2.4.3 空間電壓矢量作用順序38-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第三章 多電平逆變器的中點(diǎn)電壓平衡控制策略41-55
• 3.1 中點(diǎn)電壓波動(dòng)原理41-44
• 3.2 中點(diǎn)電壓平衡控制方法44-51
• 3.2.1 滯環(huán)中點(diǎn)電壓控制45-46
• 3.2.2 精確中點(diǎn)電壓控制46-47
• 3.2.3 虛擬空間矢量（VSVPWM）控制47-51
• 3.3 仿真比較51-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第四章 多電平逆變器的直接電流控制55-68
• 4.1 二極管箝位式三電平逆變器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型55-60
• 4.1.1 ABC 靜止坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型57-58
• 4.1.2 αβ靜止坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型58-59
• 4.1.3 dq 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型59-60
• 4.2 狀態(tài)反饋解耦60-63
• 4.3 雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)63-67
• 4.3.1 電流內(nèi)環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)63-65
• 4.3.2 電壓外環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 多電平逆變器的硬件和軟件設(shè)計(jì)68-83
• 5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)68-72
• 5.1.1 控制部分69
• 5.1.2 信號(hào)采集部分69-71
• 5.1.3 功率部分71-72
• 5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)72-79
• 5.2.1 AD 采樣子程序74
• 5.2.2 數(shù)據(jù)處理子程序74-75
• 5.2.3 SVPWM 控制子程序75-78
• 5.2.4 軟件資源配置78-79
• 5.3 仿真和實(shí)驗(yàn)研究79-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 第六章 總結(jié)和展望83-85
• 6.1 總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄90

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