可再生能源发电系统并网逆变器的单周控制方法研究

摘要

世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了新能源的开发和利用。可再生能源作为一种新型能源越来越受到各国的关注，目前，全世界很多国家都采取了风力发电、光伏发电等可再生能源发电系统并网运行的措施。风力发电需要用整流器把风力发电机输出的交流电整流成直流，再把直流逆变成交流，光伏发电需要利用逆变器把直流转换成交流再并入电网，并网逆变器是连接发电系统与电网的接口单元，也是研究热点之一。其中研究新型拓扑与控制方法，使输出电能质量高而同时又提高系统效率便成为了研究重点。
　　 本文在分析提高并网逆变器效率的传统方法的基础上，指出了逆变器软开关技术与多电平技术的不足。单周控制的双频并网逆变器在可再生能源发电并网系统中的运用，为并网系统提高效率的方法提供了一条新的途径。同时，针对桥式逆变存在着桥臂上下功率管直通的问题，分析了双降压式逆变器，并把单周控制的双降压式逆变器运用到并网系统，以求在提高输出电能质量同时减少开关损耗。
　　 论文首先阐述了单周控制的基本原理，总结了单周控制技术的特点。建立了单周控制Buck电路的模型，通过计算机仿真验证分析单周控制技术抗扰动能力，得到了很好的仿真结果。
　　 分析了双频Buck变换器电路原理，尝试把双频逆变器运用到可再生能源发电并网系统，建立了单相双频半桥并网逆变器与单相双频全桥并网逆变器的模型，阐述了其工作原理。并以单相双频半桥并网逆变器为例，分析了其工作模式，推导了单周控制方程，并进行了仿真分析。结果表明：单相双频并网系统的动、稳态性能好。单相双频并网逆变器输出电流波形性能几乎与单个高频并网逆变器性能相同，低频开关很好的对高频开关进行了分流，高频开关处理的电流大大减小，减小了开关损耗，在保证系统性能的前提下提高了系统的效率，可以在现有功率器件水平下提高并网系统的功率等级、增大其容量。在理论分析的基础上，本文设计出了双频半桥并网逆变器的硬件电路，并进行了部分实验分析。
　　 随后，论文把单周控制的三相双频并网逆变器引入到大中功率场合的三相并网系统。分析了其工作原理，在推导传统三相并网逆变器的平均电路模型的基础上，建立了三相双频并网逆变器的平均模型。建立了其单周控制模型，并与传统的三相并网逆变器进行了仿真比较分析，与单个高频并网逆变器相比，效率大大提高。
　　 全面分析双降压式并网逆变器结构原理与工作模态，提出了其单周控制思想，建立了单周控制模型。对于三相双降压式并网逆变器，建立了矢量模式单周控制的模型，进行了仿真研究，验证了理论分析的正确性，并与传统的滞环控制进行了比较分析。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

2 单周控制技术及其并网逆变器

3 单相双频并网逆变器拓扑结构及仿真实验分析

4 三相双频并网逆变器拓扑结构及控制策略

5 基于单周控制的双降压式并网逆变器

6 结论与展望

致 谢

参 考 文 献

附 录