分布式发电系统并网逆变器控制方法研究

摘要

随着电力需求的迅速增长，以及世界各国对环保和可再生能源问题的日益重视，分布式发电已经逐渐成为电力系统的重要研究方向，而分布式发电技术需要功率因素高，谐波污染少的大功率整流逆变系统作为其能量转换装置。并且，传统的逆变装置由于其非线性而存在谐波污染大、输出电压电流波形畸变严重和功率因数低等缺点，这更加促使人们对并网逆变器的研究。本文针对电压型并网逆变器系统的上述缺点进行了相关的研究，其主要内容如下： 本文首先介绍了分布式发电系统和并网逆变的相关技术指标以及目前相关的研究方向。然后分别建立了三相电压源型并网逆变器在三相静止ABC坐标下、两相静止αβ坐标系下和两相旋转dq坐标系下的数学模型，并分析指出了死区时间及非线性负载是造成逆变器输出波形畸变的主要原因。 在分析三相电压源并网逆变器的主要控制方法的基础上，详细介绍了空间矢量调制的计算方法；建立了整个并网系统电压电流双闭环控制的传递函数，设计了系统中的关键参数；给出了PI控制器的系统仿真，验证了并网运行的稳定性。 在分析输出波形畸变原因的基础上引进重复控制理论，提出基于PI+重复控制的新型谐波抑制控制方法，并给出具体的设计方法及具体参数。 建立了三相电压源逆变器并网运行系统的仿真模型，比较分析了在阻性负载、非线性负载、死区时间条件下瞬时值PI控制器与PI+重复控制器的控制效果。仿真实验结果表明，本文提出的PI+重复控制器能很好的抑制谐波畸变，且系统动态特性大大提高。 最后对本文工作做了总结，确定今后要研究的工作方向。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1分布式发电背景

1.2分布式发电系统

1.3国内外的发展现状与应用前景

1.3.1国外分布式发电的发展

1.3.2国内分布式发电的发展

1.3.3中国发展分布式发电的意义

1.4分布式发电用并网逆变器结构简介

1.5并网逆变器控制系统的研究方向

1.6本课题的选题意义及主要研究内容

1.6.1选题意义

1.6.2主要的研究内容

第二章 三相并网VSI系统模型及工作原理分析

2.1三相并网VSI的系统模型

2.2三相并网VSI的数学模型

2.2.1 ABC坐标系下的数学模型

2.2.2αβ坐标系下的数学模型

2.2.3dq坐标下的数学模型

2.3输出波形畸变的原因分析

2.3.1死区存在对输出波形的影响

2.3.2非线性负载对输出波形的影响

2.4本章小结

第三章 三相并网VSI控制系统分析与设计

3.1三相VSI控制方法

3.1.1基于三相静止坐标系模型的控制方法

3.1.2基于同步旋转坐标系模型的控制方法

3.1.3空间矢量PWM控制方法

3.2 d-q坐标系下三相并网VSI的频域分析

3.2.1功率电路传递函数建立

3.2.2电流环控制器传递函数的建立

3.2.3电压调节器传递函数的建立

3.3三相并网VSI系统的关键参数设计

3.4基于数字PI的控制器仿真

3.4.1电流控制环的仿真

3.4.2电压控制环的仿真

3.5本章小结

第四章基于重复控制的系统控制器设计

4.1重复控制理论

4.2重复控制器的结构和功能

4.2.1 Q(z)滤波器及改进型内模

4.2.2周期延时环节和重复控制增益

4.2.3补偿器C(z)和滤波器S(z)

4.3重复控制器系统的性能

4.3.1稳定性分析

4.3.2谐波抑制性能

4.3.3收敛性分析

4.4重复控制器的特点分析和设计

4.4.1周期延迟系数N

4.4.2滤波器Q(z)的设计

4.4.3补偿器设计C(z)

4.4.4稳定性校验

4.5本章小结

第五章 控制算法对比分析

5.1仿真模型建立

5.2仿真结果与分析

5.2.1并网逆变器带阻性负载对比结果分析

5.2.2并网逆变器带非线性负载对比结果分析

5.2.3不同控制器的死区抑制性能比较

5.2.4不同控制器的动态响应比较

5.3本章小结

第六章 全文总结及展望

6.1全文总结

6.2进一步研究的工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢