电网电压三相不对称光伏并网逆变器控制策略研究

摘要

光伏并网发电系统作为一种太阳能资源利用方式，近年来在我国快速发展。光伏并网发电系统是指将光伏电池板产生直流电通过汇流箱汇集，然后经过一个三相光伏并网逆变器（Photovoltaic Grid-connected Inverter, PGI）将直流电逆变成与电网电压频率、相位一致的交流电，经过中心变压器升压后并入大电网。三相光伏并网逆变器是光伏发电系统中最为关键的设备，承担着控制光伏发电系统的发电效率、输出电能质量和运行安全。电网电压三相不对称工况下，并网逆变器输出电能质量会受到严重的影响，而三相不对称故障在电网中发生的概率是最为普遍的，本文就是在这样的背景下进行PGI控制策略研究的。
　　论文首先分别在三相静止坐标系abc、两相静止坐标系αβ和两相同步坐标系dq下建立了三相PGI数学模型，在此基础上建立了三相电压不平衡工况下的并网逆变器数学模型，同时分析了各种坐标系下并网逆变器控制系统的解耦程度，控制器设计难易程度以及工程实现的简便程度，最终选择在两相同步旋转dq坐标系下进行三相并网逆变器控制系统的设计。
　　其次，电网电压三相不对称时，电网电压中的基波负序分量会导致并网逆变器输出电流谐波畸变，输出无功功率波动和逆变器直流母线电压波动等现象。基于双同步旋转坐标系下的并网逆变器控制策略，进行电网电压和逆变器输出电流的正负序分量分离是控制系统设计的基础。根据数字信号处理理论，采用了一种基于级联延迟信号消除法(Cascade Delay Signal Cancellation，CDSC)的正负序分离算法，该算法通过简单的参数设计就可以快速且准确地提取到信号中的正负序分量;在此基础上，采用了一种改进型瞬时无功功率控制算法，基于此算法得到的并网逆变器输出电流指令可通过系数k的灵活设计，实现不同的控制目标;同时在MATLAB/Simulink平台上搭建了仿真模型，对所采用的控制算法进行了验证，仿真结果也证实了本文所提控制算法的有效性和正确性。
　　最后，针对电网电压三相不对称时，输出三相不对称电流的峰值可能越限的问题，本文采用了一种并网逆变器输出电流峰值抑制算法，将并网逆变器输出电流峰值控制在系统允许的最大电流范围之内;同时在MATLAB/Simulink上搭建仿真平台，对抑制算法的性能和效果进行了仿真验证，仿真结果表明本文所采用的并网逆变器输出峰值电流抑制算法对峰值电流大小具有较好的抑制作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及课题意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题主要研究内容

1．4 论文结构安排

2 PGI控制策略

2．1 PGI数学模型

2．2 不平衡电网电压下数学模型

2．3 指令电流产生算法

2．4 控制器算法

2．4．1 比例积分控制

2．4．2 比例谐振控制

2．5 本章小结

3 不平衡电网电压下PGI控制策略

3．1 电网电压、并网电流正负序分离算法

3．1．1 延迟信号消除法原理

3．1．2 基于DSC的陷波器设计

3．1．3 基于CDSC的正负序分离器设计

3．1．4 仿真分析

3．2 并网逆变器控制器设计

3．2．1 改进型瞬时无功功率理论

3．2．2 基于改进型瞬时无功功率理论的输出电流谐波分析

3．3 并网逆变器控制策略仿真验证

3．4 本章小结

4 PGI输出电流峰值控制

4．1 逆变器输出电流数学推导

4．2 输出电流峰值的推导

4．3 输出电流峰值控制算法研究

4．4 算法验证

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果