不平衡条件下直流微电网电压脉动抑制方法研究

摘要

以分布式发电为主的微电网能促进可再生能源的大规模接入，提高对不同类型负荷的供电可靠性，将成为未来智能电网的重要组成部分。其中，直流微电网凭借其在结构上的诸多优势获得了广泛关注。在不平衡电网电压和不平衡负载条件下，电网和负载侧出现的负序分量会通过换流器在直流侧引入 2 倍频功率脉动，进而导致直流电压出现2倍频脉动，对直流微电网的供电质量和元件的正常运行造成严重影响。因此，研究不平衡条件下直流微电网的电压脉动抑制方法具有十分重要的的意义。 针对不平衡电网电压和不平衡负载两种情况，本文分别进行了具体分析并设计相应的直流电压脉动抑制方法，完成的主要工作和取得的主要研究成果如下： （1）分析了不平衡电网电压和不平衡负载对直流微电网电压的影响，指出不平衡条件引起的直流电压脉动应从源头补偿：电网电压不平衡时通过改进接口换流器的控制策略抑制直流母线电压脉动；负载不平衡时借鉴有源滤波的方法，提出在负载侧安装补偿装置，为脉动功率提供通路，进而抑制直流母线电压脉动。 （2）提出了不平衡电网电压下基于滑模变结构控制的并网换流器控制策略，以消除电网的有功功率脉动为目标从而抑制直流电压脉动。该控制策略在电网电压跌落时对直流电压有较好的控制效果，但会引起并网电流畸变。采用二阶滑模控制的超螺旋算法不存在传统滑模控制的抖振问题，并深入分析了控制系统的稳定性和鲁棒性。 （3）提出了不平衡负载下基于超级电容器的直流电压脉动抑制装置，并设计了基于滑模控制的超级电容器电流控制策略，实现对参考电流的快速准确跟踪。该控制策略在不同性质的不平衡负载条件下均能有效抑制直流电压脉动。此外对控制系统的稳定性和鲁棒性进行了深入分析。考虑最严重的负载不平衡情况，设计了超级电容补偿装置的参数，可避免超级电容器的容量浪费。 （4）考虑系统成本和可靠性，引入非线性干扰观测器对所提直流电压脉动抑制装置的控制策略进行改进。改进后的装置无需采集直流微电网各单元的信息，仍能有效抑制不平衡负载下的直流电压脉动，且可应用于不平衡电网电压条件下，通过与并网换流器的配合同时提高直流电压和并网电流的质量。

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Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 不平衡电网电压下的控制策略

1.2.2 不平衡负载下的控制策略

1.3 本文的主要研究内容

第2章 不平衡条件下直流微电网电压脉动抑制原理

2.1 系统描述

2.2 不平衡条件对直流微电网的影响

2.2.1 不平衡条件产生的脉动功率

2.2.2 脉动功率对直流微电网电压的影响

2.2.3 仿真验证

2.3 不平衡条件下的直流电压脉动抑制

2.3.1 不平衡电网电压下的直流电压脉动抑制

2.3.2 不平衡负载下的直流电压脉动抑制

2.4 本章小结

第3章 不平衡电网电压下直流电压脉动抑制方法

3.1 滑模控制简介

3.2 基于滑模控制的并网换流器控制策略

3.2.1 参考电流计算

3.2.2 滑模面的确定

3.2.3 控制律的设计

3.2.4 稳定性证明

3.2.5 鲁棒性证明

3.3 仿真验证

3.3.1 基于滑模控制的并网换流器控制效果

3.3.2 系统参数变化时控制器的鲁棒性

3.4 本章小结

第4章 不平衡负载下直流电压脉动抑制方法

4.1 基于超级电容器的直流电压脉动抑制装置

4.2 基于滑模控制的超级电容控制策略

4.2.1 滑模面的确定

4.2.2 控制律的设计

4.2.3 稳定性证明

4.2.4 鲁棒性证明

4.3 超级电容补偿装置参数设计

4.3.1 超级电容器参数设计

4.3.2 滤波电感设计

4.4 仿真验证

4.4.1 超级电容补偿装置参数设计

4.4.2 基于超级电容器的直流电压脉动抑制

4.4.3 系统参数变化时控制器的鲁棒性

4.5 本章小结

第5章 直流电压脉动抑制装置的改进控制策略及应用

5.1 非线性干扰观测器简介

5.2 基于非线性干扰观测器的直流电压脉动抑制装置

5.2.1 非线性干扰观测器设计

5.2.2 仿真验证

5.3 不平衡电网电压下直流电压脉动抑制装置的应用

5.3.1 控制器设计

5.3.2 仿真验证

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢