模块化多电平光伏并网逆变器控制策略的研究

发布时间：2017-10-13 06:32

  本文关键词：模块化多电平光伏并网逆变器控制策略的研究

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【摘要】：随着可再生能源的大力开发和电力网络向高压大功率等级的不断发展,模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借其不受半导体功率器件容量的限制、易于扩展的特点,逐渐成为光伏发电领域的研究热点。因此,本文针对模块化多电平光伏并网系统中逆变器的调制技术、并网电流的控制环节、光伏电池的最大功率点跟踪算法和逆变器的容错控制策略几方面进行了深入研究。首先,根据MMC的工作原理,建立了MMC的数学模型,对逆变器中子模块电容电压的波动情况和环流的成分进行分析,给出了子模块电容和桥臂电感的参数计算公式。并对目前MMC常用的两种调制方式最近电平逼近法和载波移相法进行了对比仿真。其次,对模块化多电平光伏并网逆变器的控制系统进行设计。设计了并网电流的双闭环控制环节,内环采用准比例谐振控制器准确跟踪基频电流、外环引入功率前馈控制提高了电压跟踪速度;将并网逆变器功率输出模式分为最大功率输出和无功注入两种模式,在非标准工况下,逆变器转换至无功注入模式,提高了逆变器的利用率。并在Matlab/Simulink中搭建了MMC的光伏并网系统,对上述控制环节及不同的功率输出模式进行了仿真验证。最后,建立了容错时MMC的平均开关模型,对容错时MMC的电气特性进行分析,针对MMC子模块发生故障时,剩余子模块不足以支撑直流母线电压导致逆变器不能继续运行的问题,提出了只旁路故障子模块的改进容错控制策略,通过改变上、下桥臂各子模块电容电压参考值和载波移相角,保证了子模块对直流母线电压的支撑和环流主要成分的不改变,使MMC能够继续运行。与传统的对称容错相比,提高了MMC输出电平的个数,降低了输出电流的谐波畸变率;改进了容错时的最大功率跟踪控制环节,将恒压启动的方法应用到光伏阵列的最大功率跟踪控制中,解决了容错时直流母线电压恢复时间长的问题,并在MMC并网系统的仿真模型中验证了文中改进后的容错控制策略和最大功率点跟踪环节的优势。
【关键词】：模块化多电平逆变器 准比例谐振控制 最大功率点跟踪算法 故障容错控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 光伏发电产业现状及关键技术10-14
• 1.2.1 光伏发电产业现状10
• 1.2.2 光伏发电系统形式10-11
• 1.2.3 光伏阵列配置方式11-13
• 1.2.4 光伏电池最大功率点跟踪算法13-14
• 1.3 MMC的关键技术14-17
• 1.3.1 MMC的控制方法14-15
• 1.3.2 MMC子模块的电容电压控制15-16
• 1.3.3 MMC的故障容错控制16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 MMC的工作原理及调制技术的研究18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 MMC的工作原理18-25
• 2.2.1 MMC的拓扑结构和数学模型18-21
• 2.2.2 MMC的主电路参数计算21-25
• 2.3 MMC调制技术的研究25-31
• 2.3.1 载波移相调制技术26-27
• 2.3.2 最近电平逼近调制技术27-29
• 2.3.3 载波移相和最近电平逼近调制技术的对比分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 MMC光伏并网逆变器控制系统的设计32-54
• 3.1 引言32
• 3.2 MMC并网逆变器总体控制框图和工作原理32-33
• 3.3 MMC并网逆变器相关控制环节的设计33-43
• 3.3.1 带有功率前馈的双闭环控制环节的设计33-40
• 3.3.2 子模块电容电压控制和环流抑制控制环节的设计40-43
• 3.4 MMC并网逆变器功率输出模式的转换43-48
• 3.4.1 最大功率输出模式43-47
• 3.4.2 无功注入模式47-48
• 3.5 MMC光伏并网逆变器控制系统的总体仿真48-53
• 3.5.1 MMC带有功率前馈的双闭环控制环节的仿真48-50
• 3.5.2 MMC环流抑制环节的仿真50-51
• 3.5.3 MMC并网逆变器不同工作模式的仿真51-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 MMC的改进容错控制策略的研究54-71
• 4.1 引言54
• 4.2 容错时MMC平均开关模型的建立54-59
• 4.3 改进容错控制策略的研究59-61
• 4.4 改进容错控制策略的仿真分析61-66
• 4.4.1 正常工作模式仿真61-62
• 4.4.2 不对称容错模式仿真62-66
• 4.5 容错时最大功率点跟踪控制环节的改进66-68
• 4.6 容错时最大功率点跟踪控制环节的仿真分析68-70
• 4.7 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 致谢78

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本文编号：1023360