交直流混合微电网三相AC/DC变换器控制策略研究

摘要

交直流混合微电网能够实现间歇式新能源柔性并网，提高可再生能源利用率，其构架兼具交流母线与直流母线，可以减少交直流电力变换环节，简化分布式电源接入微电网的拓扑结构，降低变换装置的功率损耗。连接交流母线与直流母线之间的三相AC/DC变换器，既可工作在整流状态又可工作在逆变状态，是保证整个混合微电网系统可靠运行的核心装置，因此，研究交直流混合微电网三相AC/DC变换器控制策略具有重要的研究意义。
　　本文设计了适用于混合微电网的三相AC/DC变换器控制系统，所提出的控制策略可以使系统在交流子网电压不平衡时实现交流电流正弦化，同时维持直流母线电压稳定，确保交直流混合微电网在电压不平衡时稳定运行。具体研究内容如下：
　　首先，简要介绍交直流混合微电网的研究现状与发展趋势，针对其结构特点，分别建立了光伏电池与储能系统的数学模型，得到光伏电池的输出特性，在此基础上了设计光伏电池出口侧DC/DC变换器控制策略，实现最大功率输出；深入分析锂电池与超级电容工作原理，并据此设计了适用于储能充放电控制的双向DC/DC变换器。
　　其次，在分析混合微电网结构及工作原理的基础上，建立不同坐标系下三相平衡条件下AC/DC变换器的数学建模，得到控制器的传递函数，提出控制策略，并对控制器电压电流环进行设计。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，证明平衡条件下三相AC/DC变换器控制策略的可行性。
　　再次，考虑到实际电网电压不平衡时有发生，当三相AC/DC变换器接入时，使得交流电流不对称，直流母线电压产生二倍频波动，影响变换器正常运行，恶化混合微网的电能质量。为此，本文提出了基于超级电容补偿的三相AC/DC变换器控制系统，通过控制三相AC/DC变换器抑制了交流侧负序电流，保证交流侧电流正弦、对称。采用超级电容充放电对有功功率2次波动削峰填谷，达到维持直流母线电压稳定的目的。最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，证明电压不平衡条件下三相AC/DC变换器控制策略的可行性。
　　最后，搭建了三相AC/DC变换器低压实验平台。实验结果表明，平衡条件下，三相AC/DC变换器能够维持系统功率平衡，保证直流母线稳定，同时控制变换器交流侧功率因数，实现交直流功率双向流通；电压不平衡条件下所提出的控制系统，能够保证交流侧电流正弦、对称，维持直流母线电压稳定，有效改善交直流混合微电网的电能质量。

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第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 微电网的研究现状及发展趋势

1.3 三相AC/DC变换器的研究现状

1.4 本文主要内容

第二章 交直流混合微电网的结构与运行

2.1 混合微电网结构与运行

2.2 光伏发电系统

2.3 储能系统

2.4 本章小结

第三章 三相AC/DC变换器建模及控制器设计

3.1 三相AC/DC变换器数学模型

3.2 三相AC/DC变换器控制器设计

3.3 仿真分析

3.4 本章小结

第四章 电压不平衡时三相AC/DC变换器控制策略研究

4.1 三相电压不平衡概述

4.2 电压不平衡条件下三相AC/DC变换器的数学模型

4.3 电压不平衡时三相AC/DC变换器控制策略研究

4.4 本章小结

第五章 系统实验验证

5.1 系统实验平台构建

5.2 系统软硬件设计

5.3 实验分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果