非隔离型三电平并网逆变器的有限集预测电流控制研究

摘要

光伏并网逆变器作为太阳能光伏电池板与公用电网的关键性接口装置，其控制策略选择和输出滤波器的性能将直接决定逆变器输出的电能是否满足并网标准。随着太阳能光伏并网发电技术向着大规模、高压及大功率方向转变，传统两电平拓扑结构由于器件耐压条件的限制而难以适应这种并网环境。与传统的两电平并网逆变器相比，三电平并网逆变器各桥臂功率管承受电压低、并网电流畸变率小等优点，在目前高压、大功率并网环境中得到广泛应用。然而，三电平光伏并网逆变器功率管数目和控制目标较多，为了提高其并网的性能及效率，提出一种可用于此拓扑的改进型FCS-MPC(Finite ControlSet Model Predictive Control，有限集模型预测控制)策略。与传统脉冲宽度调制策略相比，该方案不需要复杂的控制器参数整定，且易实现多目标优化控制。主要研究内容如下:
　　(1)在已有文献基础上，分析三电平光伏并网逆变器主要拓扑结构分类及各自构成特点。重点对T型三电平光伏并网逆变器拓扑结构，及在两相静止坐标系下建立其数学模型，并对其换流过程及工作原理进行详细介绍。
　　(2)在分析模型预测控制基本原理的基础上，建立T型三电平光伏并网逆变器的离散预测模型，并对传统FCS-MPC策略存在的延时及两步预测本身的局限性问题，给出有效解决方案。
　　(3)针对T型三电平光伏并网逆变器的直流分压电容中点电位不平衡缺陷，采用改进FCS-MPC策略进行分析。在系统指标函数中加入中点电位平衡控制目标，并优先选择使得中点电位偏移最小的开关状态组合，并在下一时刻作用于T型三电平光伏并网逆变器，在此基础上给出系统综合控制原理框图。通过仿真，验证了改进FCS-MPC策略的正确性和有效性。
　　(4)非隔离型T型三电平光伏并网逆变器会产生共模电压。本文在保证T型三电平光伏并网逆变器中点电位平衡控制的基础上，采用FCS-MPC策略对共模电压进行抑制。进一步将共模电压抑制目标加入到系统综合指标函数中，对系统综合指标函数进行优化。通过调整综合优化指标函数中各控制目标的权重因子，实现逆变器的最优输出。最后建立系统仿真模型，结果表明:改进FCS-MPC策略有效解决了直流分压电容中点电位不平衡缺陷，并大幅降低了共模电压幅值，提高了并网电流的波形质量。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文背景与意义

1．2 光伏并网发电系统简介

1．2．1 单级式光伏并网发电系统

1．2．2 两级式光伏并网发电系统

1．3 光伏并网逆变器控制技术分类

1．4 三电平光伏并网逆变器存在的关键问题

1．4．1 三电平逆变器中点电位平衡控制

1．4．2 三电平逆变器共模电压抑制

1．5 主要研究内容

2 非隔离型三电平光伏并网逆变器工作原理分析与建模

2．1 逆变器拓扑结构分类

2．1．1 传统逆变器拓扑结构

2．1．2 三电平逆变器拓扑结构

2．2 T型三电平逆变器工作原理分析

2．3 T型三电平逆变器数学模型

3 三电平光伏并网逆变器控制策略

3．1 三电平并网逆变器矢量控制技术

3．2 传统有限集模型预测控制策略

3．2．1 模型预测控制原理

3．2．2 三电平并网逆变器离散预测模型

3．2．3 三电平并网逆变器模型预测控制指标函数

3．2．4 模型预测控制延时补偿

3．3 改进有限集模型预测控制策略

3．3．1 传统模型预测控制局限性分析

3．3．2 改进模型预测控制原理

4 基于改进模型预测的三电平逆变器中点电位平衡控制

4．1 三电平逆变器中点电位分析

4．1．1 中点电位不平衡原因及影响

4．1．2 中点电位离散数学模型

4．2 T型三电平并网逆变器中点电位平衡控制

4．2．1 指标函数构成

4．2．2 改进模型预测控制器设计

4．3 仿真结果及分析

5 基于改进模型预测的非隔离型三电平逆变器共模电压抑制

5．1 T型三电平并网逆变器共模电压分析

5．1．1 共模电压产生原因及危害

5．1．2 共模电压离散数学模型

5．2 T型三电平并网逆变器共模电压抑制

5．2．1 系统综合优化指标函数构成

5．2．2 逆变器系统综合控制器设计

5．3 仿真结果及分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果