单相级联H桥型逆变器的功率控制算法研究

摘要

随着电力电子技术的发展，采用多电平拓扑结构的中高压、大功率、大容量变流器成为了电力电子领域的研究热点。目前，多电平变流器主要包括二极管钳位型，飞跨电容型以及级联H桥型等拓扑结构。其中，级联H桥型变流器因其模块化程度高、输出电平相同时电力电子开关器件使用量少以及布局简单等优点在电力牵引、新能源发电以及能源储存等领域得到广泛应用。本文以单相级联H桥型逆变器作为研究对象，针对应用于地面过分相系统中的组合式供电装置逆变侧以及应用于大型光伏发电系统中的单相级联H桥型光伏逆变器的功率控制算法展开研究。　　首先，针对基于单相级联H桥型逆变器的地面过分相系统变流器功率容量大的问题，根据既有线路分区所两端供电臂电压相位差异小的特点，给出了一种单相级联H桥型逆变器输出端串联变压器的组合式供电装置。通过分析由组合式供电装置构成的新型地面过分相系统工作原理，建立该系统的数学模型。结合传统直接功率控制算法的原理，给出了一种适用于组合式供电装置逆变侧的直接功率控制算法，并通过Matlab/Simulink软件搭建系统相关模型，验证了该控制算法的有效性。　　其次，针对采用单相级联H桥型逆变器的光伏发电系统，以简化系统结构为目的，提出了一种适用于单相级联H桥型逆变器的直流侧电容电压重构算法。同时，基于串行计算模式，结合模块化模型预测控制算法，将直流侧电容电压平衡算法嵌入评价函数中，给出了一种适用于无直流侧电压传感器单相级联H桥型光伏逆变器的模型预测功率控制算法。通过Matlab/Simulink软件仿真搭建系统模型，验证了该控制算法应用于无直流侧电压传感器单相级联H桥型光伏逆变器的正确性和有效性。　　最后，基于RT-Lab硬件在环实验平台搭建了组合式供电装置的新型地面过分相系统以及无直流侧电压传感器单相级联H桥型光伏逆变器的主电路模型，基于DSP+FPGA实现逆变器控制算法和调制算法，并将硬件在环实验结果与Matlab/Simulink仿真结果相比较，进一步验证了本文提出控制算法的正确性和有效性。

目录

声明

第1 章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 带载过分相技术

1.2.2 级联H桥型光伏逆变器并网技术

1.2.3 直接功率控制算法

1.2.4 模型预测控制算法

1.3 本文的主要研究内容

第2 章适用于组合式供电装置逆变侧的直接功率控制算法

2.1 基于单相级联 H桥型改进拓扑结构的组合式供电装置

2.1.1 组合式供电装置的拓扑结构

2.1.2 组合式供电装置的工作原理

2.2 适用于组合式供电装置逆变侧的直接功率控制算法

2.2.1 坐标变换

2.2.2 瞬时功率理论

2.2.3 直接功率控制算法

2.3 仿真验证

2.4 本章小结

第3 章无直流电压传感器单相级联逆变器的模型预测控制算法

3.1 基于单相级联 H桥型拓扑结构的光伏逆变系统

3.1.1 光伏电池的等效电路模型

3.1.2 单相级联H桥型光伏逆变器的拓扑结构及工作原理

3.2 适用于单相级联H桥型逆变器直流侧电容电压重构算法

3.2.1 单个H桥直流侧电容电压重构算法原理

3.2.2 单相级联H桥型逆变器直流侧电容电压重构算法原理

3.3 模型预测功率控制算法

3.4 直流侧电容电压平衡算法

3.4.1 基于PI控制器的直流侧电容电压平衡算法

3.4.2 基于冗余开关状态的直流侧电容电压平衡算法

3.5 仿真验证

3.6 本章小结

第4 章硬件在环实验验证

4.1 硬件在环测试系统简介

4.1.1 简介

4.1.2 电路模型搭建

4.2 实验结果与分析

4.2.1 组合式供电装置逆变侧的直接功率控制算法实验

4.2.2 无直流电压传感器单相级联逆变器的模型预测功率控制算法实验

4.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果