基于三电平LCL型光伏并网逆变器的电流控制研究

摘要

随着世界能源危机的扩大和环境污染问题的逐渐恶化，人类对于开发利用新能源的需求越来越大。太阳能因其分布广泛、储量丰富、清洁高效等优点越来越受到全球范围内的关注，为了能够使太阳能光伏发电系统高效、清洁、友好地接入电网，必须对光伏并网逆变器控制策略进行深入研究。模型预测控制(MPC)策略具有概念直观、控制灵活、动态响应快、易于通过数字化实现等优点，是目前比较好的一种控制方法。因此，本文以经典的二极管箝位型(NPC)三电平拓扑为对象，研究其模型预测控制策略。
　　首先，综述了NPC型三相三电平逆变器的基本工作原理和数学模型。基于NPC三电平的拓扑结构，分析了三电平逆变器的开关动作组合与输出电压的关系;建立了基于LCL滤波的αβ坐标系下的数学模型，为后续模型预测控制系统的设计打下了基础;给出了空间矢量调制(SVPWM)策略的工作扇区判定方法、各电压矢量的作用时间以及载波周期内的开关动作顺序。
　　其次，研究了NPC三电平逆变器的中点不平衡问题。针对NPC型三相三电平逆变器中点电位不平衡问题，给出了平衡因子法来控制中点的电位平衡。所提出的基于模型预测控制代价函数的方法来进行直流侧电容电压的平衡控制的算法能够有效抑制中点电位的波动。
　　最后，建立了模型预测控制的代价函数并搭建仿真进行分析。基于模型预测控制的基本原理，建立了逆变器在αβ坐标系下的离散时间模型和代价函数，并且在Matlab/Simulink软件中搭建了逆变器系统的仿真模型。通过改变代价函数中的权重系数能够方便地控制并网电流、抑制中点电位不平衡和降低开关频率，相关仿真结果验证了模型预测控制在并网逆变器控制中的优越性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．2光伏并网逆变器的拓扑

1．2．1隔离型结构

1．2．2非隔离型结构

1．3国内外研究现状

1．4本文的研究内容

第2章三相三电平逆变器的基本原理

2．1 NPC三电平逆变器

2．1．1工作原理

2．1．2 NPC三电平逆变器的优缺点

2．2基于LCL滤波的逆变器数学模型

2．3空间电压矢量调制

2．3．1参考电压位置

2．3．2矢量作用时间

2．3．3开关作用顾序

2．4本章小结

第3章三电平逆变器中点电位平衡控制策略

3．1中点电位不平衡的原因与危害

3．2基本空间矢量对中点电位的影响

3．3中点电位平衡的控制策略

3．4本章小结

第4章模型预测控制

4．1基本原理

4．2 NPC三相三电平光伏并网逆变器的模型预测控制

4．2．1控制过程

4．2．2离散时间模型

4．2．3代价函数

4．3控制器设计

4．4仿真结果及分析

4．4．1 Matlab／Simulink仿真模型

4．4．2逆变器侧和网侧并网电流分析

4．4．3直流侧电容电压中点平衡分析

4．4．4开关频率分析

4．5本章小结

第5章总结与展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢