单相逆变器无互联线并联均流控制研究

发布时间：2017-10-19 23:39

  本文关键词：单相逆变器无互联线并联均流控制研究

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【摘要】：在传统能源向清洁能源的转型过程中,风机、光伏电池获得的电能直接并入电网会增加电网电压谐波含量,导致系统的不稳定,而如直接对负载供电则不能满足负载的额定电压标准,严重缩短电气设备寿命。此外,数字化系统和电子精密器件对电能质量提出了更苛刻的要求。逆变器作为不间断电源系统(UPS)的重要组成部分,可以实现DC-AC变换,其性能直接决定输出电压特性,因此有效的逆变器控制方法对UPS系统而言非常关键。在此基础上,为了扩大UPS的容量,通常需要将逆变器进行并联,采用无互联线并联以适应分布式系统的要求,并联技术中最关键的是抑制环流和功率均分控制。本文建立了单相全桥逆变器等效模型,使用单极性倍频SPWM调制方式,并根据开关频率设计了LC滤波参数。采用带负载电流前馈的电感电流内环输出电压外环的控制模型,双环均使用PI控制器,根据极点配置法确定控制参数。在Matlab/Simulink中搭建模型,分别对线性和非线性负载进行仿真实验,测试系统稳态和动态性能。为了获得更高的稳态电压精度,本文设计了基于准比例谐振(PR)控制的逆变器模型。同样采用带负载电流前馈的电感电流内环输出电压外环控制结构,按照先确定内外环比例环节、再确定内外环基波准谐振环节、最后确定内环谐波准谐振环节的顺序进行准PR控制参数设计,通过根轨迹判断系统稳定性和动态性能,并结合波特图确定合适内外环带宽。在Matlab/Simulink中搭建模型进行仿真测试系统稳态和动态性能,并与双环PI控制的输出电压特性进行对比分析。为了设计逆变器并联系统,本文首先建立了逆变器并联系统等效阻抗模型,对影响系统环流的因素进行分析,对比了带负载电流前馈与不带负载电流前馈逆变器的等效输出阻抗特性。着重阐述了系统阻抗为阻性时的系统功率特性以及下垂控制均分有功和无功的原理,并给出下垂系数选取参考条件。为了减小环流,设计阻性和感性虚拟阻抗,为了进一步抑制带非线性负载时谐波电流对输出电压的影响,本文设计了一种准谐振虚拟阻抗,可以进一步降低输出电压的谐波含量。在Matlab/Simulink中搭建基于PI控制和准PR控制的逆变器并联模型,由仿真结果可知,阻性和感性的虚拟阻抗均可以有效抑制并联系统的环流；增大下垂参数可以一定程度上减小环流,但要同时考虑系统稳定性和输出电压降落程度选择合适的参数；将等效输出阻抗设计成阻性的虚拟复阻抗在基于PI控制和基于准PR控制的逆变器并联系统中均取得了比较好的效果。加入准谐振虚拟阻抗后,带非线性负载时输出电压THD进一步下降。与单台运行逆变器特性不同,当逆变器采用双环PI控制时,并联系统输出电压稳态精度更高。
【关键词】：单相逆变器 PI控制 准PR控制 并联控制 虚拟阻抗
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 单台逆变器独立运行控制技术研究现状9-11
• 1.2.1 谐振控制9
• 1.2.2 重复控制9-10
• 1.2.3 无差拍控制10
• 1.2.4 滑模变结构控制10
• 1.2.5 模糊控制10-11
• 1.3 并联逆变器控制技术研究现状11-14
• 1.3.1 集中控制12
• 1.3.2 主从控制12-13
• 1.3.3 分散逻辑控制13
• 1.3.4 无互联线控制13-14
• 1.4 课题研究意义与主要工作14-16
• 第二章 单相逆变器独立运行PI控制策略16-34
• 2.1 单相逆变器模型分析16-20
• 2.1.1 SPWM工作原理分析16-17
• 2.1.2 逆变器数学模型17-20
• 2.2 带负载电流前馈的电流内环电压外环PI控制设计20-27
• 2.2.1 带负载电流前馈的电流电压双环PI控制模型21-23
• 2.2.2 主导极点法原理分析23-24
• 2.2.3 带负载电流前馈的电流电压双环PI控制参数设计24-27
• 2.3 基于PI控制的逆变器仿真研究27-32
• 2.3.1 负载模块设计27-29
• 2.3.2 带负载电流前馈的电感电流内环输出电压外环PI控制逆变器仿真研究29-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 基于准PR控制的逆变器控制策略34-52
• 3.1 准PR控制理论34-35
• 3.2 准PR控制器的参数分析35-37
• 3.3 带负载电流前馈的双环逆变器准PR控制设计37-46
• 3.3.1 内外环控制器比例部分设计38-40
• 3.3.2 电感电流内环基波准谐振控制器设计40-42
• 3.3.3 输出电压外环基波准谐振控制器设计42-44
• 3.3.4 谐波准谐振控制器设计44-46
• 3.4 基于准PR控制的逆变器仿真研究46-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 逆变器无线并联系统控制策略52-68
• 4.1 逆变器等效阻抗模型52-55
• 4.1.1 基于PI控制的逆变器等效阻抗52-54
• 4.1.2 基于准PR控制的逆变器等效阻抗54-55
• 4.2 逆变器并联系统环流特性分析55-58
• 4.2.1 并联系统等效电路模型55-56
• 4.2.2 环流定性分析56-58
• 4.3 功率下垂法控制策略58-62
• 4.3.1 逆变器并联功率特性58-59
• 4.3.2 功率下垂法控制原理59-61
• 4.3.3 功率下垂法参数选择61-62
• 4.4 基于虚拟阻抗的下垂控制62-67
• 4.4.1 虚拟阻抗环理论分析62-63
• 4.4.2 虚拟阻抗设计63-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 逆变器并联运行仿真研究68-88
• 5.1 逆变器并联仿真模型68-69
• 5.2 虚拟阻抗对比实验69-72
• 5.3 不同下垂系数仿真72-73
• 5.4 基于PI控制的逆变器并联实验73-81
• 5.4.1 系统稳态性能测试73-79
• 5.4.2 系统动态性能测试79-81
• 5.5 基于准PR控制的逆变器并联实验81-86
• 5.5.1 系统稳态性能测试81-84
• 5.5.2 系统动态性能测试84-86
• 5.6 本章小结86-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 总结88
• 6.2 展望88-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-94

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本文编号：1064032