不对称电网条件下三相并网逆变器控制技术研究

摘要

随着能源危机和环境污染的日益严重，以太阳能为主的可再生能源将逐步替代化学能源成为当今社会能源的主要供给。此时，并网控制系统的好坏将直接影响光伏发电的质量。特别是当电网电压出现不平衡或者受到干扰时，网侧电流将叠加低频谐波分量，严重时甚至对网侧的其他负载造成影响。因此有必要研究在电网电压不平衡下网侧逆变器的并网控制策略。
　　针对三相电网电压不平衡时传统并网逆变器控制策略存在的问题，本文分别从锁相环和并网电流控制两方面入手，研究解决此问题的控制方案。首先，本文研究了一种基于采样周期可变的锁相环技术（VSP_PLL），并通过滑动Goertzel滤波器来滤除电网中负序和谐波分量造成的扰动，以消除电网电压不平衡的影响，从而锁定电网电压的正序分量。随后，本文给出三相电网不平衡下逆变器的网侧数学模型，并在此基础上分析适用于电网电压不平衡条件下的并网电流控制策略：基于正、负dq旋转坐标系的双电流环控制。最后，本文结合锁相环和并网电流环，给出针对三相电网电压不平衡时并网控制策略以及总体实现方案，并通过仿真和实验验证了锁相环控制和并网电流控制的正确性。
　　本文搭建了一台5kW的实验样机，并给出了硬件电路设计和软件程序设计方案，在此基础上分别对理想电网电压和不对称电网电压下锁相环的控制方案、不对称负载下三相逆变器的电流控制策略进行了实验验证。实验结果表明在三相电网电压不平衡下，锁相环可以很好的锁定电网电压的正序分量；三相负载不平衡时，交流侧电流仍可以保持对称状态运行。

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图表清单

注 释 表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 光伏并网系统的基本构成

1.3 理想电网电压下网侧逆变器的现有控制策略

1.4 电网电压不平衡下网侧逆变器的研究概况

1.5 本文的研究内容

第二章 三相不平衡条件下锁相环的分析

2.1 三相锁相环的基本原理

2.2 滑动Goertzel滤波器

2.3电网电压不对称下VSP_PLL锁相环的实现

2.4 锁相环仿真分析

2.5 本章小结

第三章 电网电压不平衡下三相逆变器并网策略分析

3.1三相逆变器的网侧数学模型

3.2 基于正、负dq旋转坐标系下电流环的控制策略

3.3 双dq旋转坐标系下电流控制系统的实现

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第四章 三相逆变器的设计与实验

4.1 系统总体设计方案

4.2 功率电路设计

4.3 控制电路设计

4.4 驱动电路设计

4.5 基于TMS320F2806的软件设计

4.6 实验结果与分析

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文