输入串联输出并联逆变器系统的容错性能及并网技术研究

摘要

输入串联输出并联(Input-series output-parallel,ISOP)逆变器组合系统适用于高压直流输入和大电流交流输出的应用场合，其多模块串并联组合系统的特点令其可有效提高电源系统工作的可靠性，而切实体现这一优点的关键就是要实现其冗余容错运行；此外，使用多个小容量逆变器模块以ISOP拓扑组合成中大容量的并网逆变器应用于新能源发电系统中，则可以使得系统容量易于扩展、降低系统开发设计难度、提升并网逆变器的可靠性。本文研究ISOP逆变器组合系统的容错性能及并网技术。
　　本文第一部分针对ISOP逆变器系统带独立负载情况下的冗余容错技术展开研究。首先根据复合式控制的思想给出一种分布式控制方案以实现ISOP逆变器系统带独立负载时模块间的功率均衡，该方案中包含的各控制环路分散于各个模块中，它们相互之间通过母线实现相互通信；针对上述方案分析多模块系统中控制环路间的解耦关系并进行参数设计。在分布式控制的基础上提出了一种具体的冗余容错运行方案，其中采用旁路（而非切除）的方式实现故障模块的退出，为了实现其瞬态过程的平滑切换，进一步给出了各功率继电器及信号开关动作的先后次序即所谓热插拔的时序，并通过仿真论证了所提热插拔策略的正确性。最后在实验室搭建了由三个逆变器模块组成的ISOP逆变器系统样机，实现了模块的在线热插拔，从而通过实验验证了所提冗余方案的有效性。
　　本文第二部分针对ISOP并网逆变器展开研究。并网逆变器系统中各模块采用LCL型滤波器以提高滤波效果，进一步针对多模块采用的多个LCL型组合滤波器提出了一种优化拓扑，精简了系统中组合滤波器所需的电感数量从而降低系统的体积和重量。为了对采用LCL型滤波器引起的谐振峰加以抑制从而保证系统稳定，而又为了同时实现ISOP并网逆变器中各模块功率均衡且进网电流高功率因数并网，需精选控制变量。论文选取逆变器侧电感电流为控制变量，并按照复合式控制的思路给出功率均衡控制方案；所选控制变量自然包含电容电流的特点使得所提控制方案通过有源阻尼的方式有效抑制谐振尖峰；所提方案间接实现了进网电流高功率因数并网，从而最终实现了系统的多重化控制目标。论文通过仿真对所提控制策略加以论证，并在实验室搭建了一台由两个模块组成的数字控制ISOP并网逆变器，通过实验验证了所提优化拓扑、控制策略的正确性和有效性。

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注释表

第一章 绪论

1.1模块串并联组合系统

1.2输入串联输出并联逆变器组合系统的研究现状

1.3串并联组合系统的冗余技术研究现状

1.4 逆变器的并网技术

1.5 本文的研究意义和主要内容

第二章 ISOP逆变器组合系统的冗余容错运行方案

2.1 引言

2.2 分布式架构及控制策略

2.3冗余功能的实现

2.4 仿真验证

2.5 小结

第三章 ISOP逆变器组合系统冗余运行的实验验证

3.1 引言

3.2 性能指标

3.3实验验证

3.4小结

第四章 ISOP 并网逆变器组合系统的控制策略

4.1 引言

4.2 ISOP并网逆变器组合系统的拓扑及优化

4.3 ISOP并网逆变器组合系统的目标多重化控制策略

4.4 仿真验证

4.5 小结

第五章 ISOP并网逆变器组合系统的设计及实验验证

5.1引言

5.2 前级直流变换器的设计

5.3后级逆变器的设计

5.4 数字控制的实现

5.5 两模块ISOP并网逆变器组合系统的实验验证

5.6 小结

第六章 工作总结与展望

6.1 本文的主要工作

6.2 下一步计划

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文