DC-AC双有源桥多端口变换器的分析与控制

摘要

面对不可再生能源的减少和环境污染日益严重的能源现状，各国都在对能源结构进行调整，其中新能源发电成为了研究重点。多端口变换器作为集成多个能源端口的变换器，具有减少开关器件、简化拓扑结构、优化控制方法的优点，因此在新能源领域有很广阔的应用前景。 首先研究了多端口变换器的主电路拓扑结构的原理，对主电路DC-DC部分的工作模态、传输功率、电路中二倍频纹波产生原理进行了分析。针对电路的二倍频纹波提出了利用LC功率解耦电路进行抑制的新方法，并用理论方法证明了LC支路抑制纹波的可行性。 然后根据电路的原理对Boost电路、谐振槽路、LC纹波抑制支路和LCL并网滤波器等参数给出具体设计步骤，并对系统双有源桥DC-DC前级和DC-AC逆变器后级两部分分别进行建模，并以此为依据进行了控制器设计。 之后针对本文的多级式光伏并网结构对比研究了两种MPPT的实现方法，提出了双有源桥前级和逆变器后级分开解耦控制的方案。针对双有源桥前级实现了对光伏MPPT控制、电路纹波功率的抑制控制和高压侧直流母线稳压控制，并对稳压PI控制器参数进行了设计，通过绘制稳压系统补偿前后的波特图验证了PI控制器参数设计的正确性。针对逆变器后级LCL滤波器存在谐振尖峰的问题研究了有源阻尼下电网电流外环和电容电流内环的双闭环控制策略，并对外环PR控制器和内环比例控制器进行参数设计；也对比研究了多种无源阻尼方法，分析出电容并联电阻的阻尼效果最好并对这种情况研究了单电流环的控制策略以及PR控制器的设计，通过这绘制两种控制策略下系统补偿前后的波特图分别验证了有源阻尼和无源阻尼两种方案控制器设计的正确性。 最后对系统的协调控制和提出的LC支路有源功率解耦方法进行仿真。分别对光伏电池端口、蓄电池端口、直流母线电压等进行Matlab仿真验证LC新型功率解耦支路对电路纹波的抑制效果，对并网逆变器分别对有源阻尼和无源阻尼对并网电流谐波抑制效果进行了Matlab仿真，从仿真波形可以看出提出的LC支路有源功率解耦方法和整个系统的协调控制是正确可行的。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 多端口变换器概述

1.3 本文主要内容

第2章 主电路总体结构设计

2.1 DC-AC多端口变换器主电路拓扑及说明

2.2 DC-DC电路工作原理分析

2.3 DC-AC主电路参数设计

2.4 本章小结

第3章 DC-AC双有源桥多端口系统的控制策略研究

3.1 光伏发电的最大功率点跟踪控制

3.2 双有源桥变换器的控制策略研究

3.3 单相光伏并网逆变器的控制策略研究

3.4 DC-AC三端口变换器系统整体控制方案

3.5 本章小结

第4章 DC-AC多端口变换器的Matlab仿真

4.1 光伏电池仿真模型搭建和仿真

4.2 功率解耦电路对系统二倍频纹波抑制仿真

4.3 逆变器并网系统仿真

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢