带LCL滤波器的新能源并网发电用三相PWM变换器研究

摘要

本文围绕着带LCL滤波器的新能源并网发电用三相PWM变换器展开研究，从谐振频率、总电感量和不同频段谐波抑制能力等三个方面对滤波元件的配合取值原则进行了研究，根据LCL滤波器的滤波原理，提出了一种变换器侧电感的选取方法，并设计了一组LCL参数用于仿真和实验研究。 根据PWM并网变换器在同步旋转坐标系下的动态模型，设计了d轴电网电压定向同步旋转坐标系下PWM并网变换器的电压电流双闭环控制系统。采用CMEXS-函数方案，构建了能与DSP实用程序一致的SVPWM仿真模块。用Matlab/Simulink对所设计的LCL滤波器和三相电压型PWM并网变换器控制策略进行了仿真，并分析了波形，验证了LCL滤波器参数设计方法和控制策略的正确性。 根据闭环零极点在Z域内的分布，分析了电流反馈量、电网阻抗对系统稳定性的影响，并进行了仿真验证。并从LCL滤波器滤波效果、系统稳定性和功率损耗三个方面重点分析了阻尼电阻对系统的影响，在此基础上提出了阻尼电阻的选取原则。设计了主动阻尼，仿真和实验证明主动阻尼可以达到与阻尼电阻同样的效果，但是避免了功率损耗的问题。 完成了带LCL滤波器的并网变换器的硬件电路的设计、制作，控制软件的编写、调试，进行了整流和逆变运行实验，并对实验数据进行了分析，实验结果表明了本文所设计的LCL参数和控制策略以及阻尼设计的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 前言

1.1 课题来源及研究意义

1.1.1课题来源

1.1.2课题研究意义

1.2新能源发电技术的发展与现状

1.3并网变换器控制策略综述

1.4论文主要内容及解决的关键问题

第2章LCL滤波器参数设计

2.1 LCL滤波元件的配合取值原则

2.1.1谐振频率约束

2.1.2总电感量约束

2.1.3对不同频段谐波抑制能力的约束

2.2 LCL滤波器参数设计方法

2.2.1变换器侧电感设计

2.2.2滤波电容的设计

2.2.3网侧电感设计

2.2.4阻尼电阻的设计

第3章控制策略及其仿真研究

3.1 PWM并网变换器的数学模型

3.1.1三相静止坐标系下的PWM并网变换器数学模型

3.1.2两相静止αβ坐标系下PWM并网变换器的数学模型

3.1.3同步旋转dq坐标系下PWM并网变换器的数学模型

3.2基于电压空间矢量的PWM并网变换器双闭环控制

3.2.1电流内环控制器的设计

3.2.2电压外环控制器的设计

3.2.3解耦及扰动的补偿

3.3基于C MEX S-函数的SVPWM仿真研究

3.3.1 SVPWM的基本原理

3.3.2 TI DSP三段逼近式均分零矢量SVPWM的简单实现

3.3.3基于C MEX S-函数的SVPWM的Simulink仿真模型

3.3.4 SVPWM模型仿真结果

3.4 PWM并网变换器控制系统仿真

3.4.1 Simulink仿真模块图

3.4.2波形记录和分析

第4章系统的稳定运行分析

4.1分析方法

4.2电流反馈量对系统稳定性的影响

4.3电网阻抗对系统稳定性的影响

4.3.1电网侧电感对系统稳定性影响

4.3.2电网电阻对系统稳定性影响

4.4阻尼电阻的影响分析

4.5主动阻尼的设计

第5章实验结果及分析

5.1实验平台构成

5.2软件系统结构与设计

5.3实验波形分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢