单相LCL并网逆变器控制技术及弱电网下参数设计

摘要

近年来，随着能源危机和环境污染的日趋严重，分布式发电得到广泛的关注和迅速发展。并网逆变器是分布式发电系统与电网之间的接口装置，其控制技术的优劣将直接影响逆变器输出的电能质量和电网的运行情况。本文以单相 LCL并网逆变器为研究对象，从输出滤波器设计、电流反馈控制策略和弱电网条件下电流调节器参数设计三个方面对其控制技术进行研究。
　　本文对比了单L滤波器、LC滤波器和LCL滤波器的滤波特性，在达到同样滤波效果的情况下，LCL滤波器可降低系统的体积和成本。根据技术标准和要求，详细阐述了LCL滤波器参数设计的过程。
　　本文对三种电流反馈控制策略进行了分析比较。逆变侧电流反馈控制属于间接电流控制，着重分析了输出功率因数问题。为抑制 LCL滤波器的谐振尖峰，并网侧电流反馈控制采用无源阻尼和有源阻尼两种增加系统阻尼的方法，本文阐明了两种方法在原理上的一致性。针对分裂电容法，本文分析了其存在谐振的原因，并通过加入无源阻尼来消除谐振。为解决电网电压背景谐波对并网电流的影响，本文基于并网逆变器的等效控制框图，推导分析了电网电压前馈控制策略。
　　本文提出一种弱电网条件下基于有源阻尼控制策略的电流调节器参数设计方法。在考虑锁相环影响的情况下，本文推导了并网逆变器输出阻抗模型，得出基于相应模型的系统阻抗稳定性判据。在阻抗稳定判据条件和并网电流稳态误差的约束下，根据离散域的根轨迹和伯德图，详细阐述了设计系统电流调节器参数（包括电容电流反馈阻尼系数）的方法。
　　搭建仿真模型及实验平台，对上述理论分析的可行性和有效性进行了验证。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2关键技术问题和研究现状

1.3本文的主要研究内容

2 单相并网逆变器电路结构及滤波器设计

2.1单相并网逆变器结构

2.2并网逆变器滤波器的选用

2.3 LCL滤波器参数设计

2.4本章小结

3 单相LCL并网逆变器反馈控制策略研究

3.1单相LCL并网逆变器建模

3.2逆变侧电流反馈控制

3.3并网侧电流反馈控制

3.4分裂电容电流反馈控制

3.5电网电压前馈控制策略

3.6仿真结果与分析

3.7本章小结

4 弱电网条件下考虑锁相环影响的电流调节器参数

4.1阻抗稳定性判据

4.2并网逆变器的输出阻抗模型

4.3基于阻抗判据对并网逆变器稳定性分析

4.4电流调节器参数设计

4.5仿真验证与结果分析

4.6本章小结

5 系统平台设计及实验研究

5.1单相LCL并网逆变器系统的总体设计

5.2硬件电路设计

5.3系统软件设计

5.4实验样机与平台

5.5实验结果与分析

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2不足与展望

致谢

参考文献

附录