带谐波抑制功能的分布式发电并网逆变器的研究

摘要

随着“节能环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到迅速的推广，使得分布式发电备受关注，即将成为世界各国重要的发电形式。带有分布式电源的配电网及电力电子装置的大量应用致使电能质量下降，如何将分布式发电系统的能量回馈至电网的同时有效改善电能质量是一个重要的问题，因此在分布式发电系统中起电能变换作用的逆变器成为研究的一个热点。本篇主要以电压型并网逆变器为研究对象，对并网逆变器的拓扑结构、控制策略、参数的选择、并网实验等方面作出了详细的分析和研究。 首先根据带有分布式发电的配电网的特点提出一种新的谐波治理思路，即将改善电能质量的有源滤波技术结合到分布式逆变电源中，设计一种新型的多功能并网逆变器。用开关函数法建立了并网逆变器小信号数学模型，确定了以PI闭环调节为核心的复合控制策略，同时为了使输出电流控制达到更好的效果，采用电网电压前馈补偿方法抵消电网电压扰动对并网电流的影响；基于瞬时无功功率的id-iq谐波电流检测算法能精确检测和分离所需要的有功和谐波分量；基于DSP的软件锁相控制算法能实现并网电流与电网电压同频同相。 其次对并网逆变器控制系统的软硬件进行了分块设计：对逆变系统的A/D转换电路、逆变驱动电路、PWM信号发生电路等电路进行了详细地分析和说明。利用DSP主控芯片TMS320LF2407A内部的SCI异步串行通信接口实现了逆变器的人机交互功能，利用其内嵌的CAN控制模块实现了逆变器的并机通信功能；同时在TI DSP2000的运行环境下给出控制系统的主程序和周期中断子程序流程。 最后开发了以功率器件IPM构成的三相PWM变流桥主电路的多功能逆变电源实验平台和相关配套辅助电路，完成了逆变电源的输出有功功率及消除谐波的实验并给出了装置样机的实物图以及实验波形图。验证了逆变器工作原理分析的正确性和系统设计思路的可行性。 本文所做工作拓宽了带有分布式发电的配电网谐波治理的思路，对推动我国节能供电、新能源的利用以及改善电网电能质量等方面具有一定的理论意义和较强的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2分布式发电发展现状

1.3分布式发电并网引起的问题及解决思路

1.4课题主要工作

第二章 PWM逆变器的工作原理及控制技术

2.1电压型并网逆变器工作原理

2.1.1单相电压型逆变器

2.1.2三相电压型逆变器

2.2三相PWM并网逆变器数学模型

2.3逆变系统输出性能研究

2.3.1开环性能研究

2.3.2经PI调节器校正后系统性能研究

2.4逆变器控制策略分析

2.5逆变器控制策略仿真

2.6本章小结

第三章 系统检测技术及相关参数分析

3.1谐波电流检测方法

3.1.1三相电路瞬时无功功率理论

3.1.2基于瞬时无功功率的ip-iq谐波电流检测方法

3.1.3基于瞬时无功功率的id-iq谐波电流检测方法

3.1.4 id-iq检测方法在并网逆变器中的应用

3.2基于DSP的软件锁相控制技术

3.2.1锁相原理

3.2.2基于并网控制的软件锁相环的原理

3.3数字低通滤波器的设计

3.3.1滤波器的选型

3.3.2 Chebyshev低通滤波器

3.3.3 Butterworth低通滤波器

3.4直流侧电压及支撑电容的研究

3.4.1直流侧电压基准值的选取

3.4.2直流侧电容的选取

3.4.3分离的比例积分控制

3.5网侧交流滤波电抗器的选择

3.6本章小结

第四章 基于DSP的并网逆变器控制系统设计

4.1基于DSP的控制器系统硬件结构

4.1.1主控电路

4.1.2.A/D转换电路

4.1.3逆变驱动电路

4.1.4 PWM信号发生电路

4.1.5键盘液晶显示

4.1.6通信电路

4.2系统软件设计

4.2.1 DSP开发环境程序设计流程

4.2.2数据格式的设定

4.2.3程序设计

4.2.4 DSP中SPWM波的生成

4.3本章小结

第五章 实验平台及研究结果

5.1多功能逆变实验系统结构

5.2调试平台及实验参数

5.3实验记录

5.3.1只输出有功功率时实验波形

5.3.2逆变器向电网注入无功功率

5.3.3逆变器消除谐波的实验研究

5.3.4逆变器向电网提供有功、无功同时补偿负载谐波

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2未来工作展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢