三相PWM并网变换器阻抗特性建模及稳定性分析

发布时间：2019-10-21 07:30

【摘要】：随着化石能源的开采和利用,环境污染与能源短缺问题日益严重,可再生能源的使用受到各国的重视。并网变换器作为可再生能源技术中关键的一环,其稳定性问题不容忽视。因此本文针对三相PWM并网变换器的稳定性问题进行研究。本文拟采用小信号阻抗建模方法,在同步旋转坐标系下建立有关三相PWM并网变换器的阻抗模型,基于所建立的阻抗模型,用广义奈奎斯特判据判断控制环节对系统稳定性的影响。本文首先在同步旋转坐标系下针对三相PWM变换器进行阻抗建模,推导出并网变换器主电路的阻抗模型,由于系统建立在同步旋转坐标系下,在建立阻抗模型时需考虑锁相环对系统的影响,并在此基础上考虑电流环,建立带有锁相环和电流环的系统整体阻抗模型。由于LCL滤波器在实际中被广泛使用,所以本文建立了带有LCL滤波器的三相PWM并网变换器阻抗模型。LCL滤波器在同步旋转坐标系下存在耦合,所以本文针对耦合环节在电流环中加入全解耦控制,将其加入到系统的阻抗模型中,结合锁相环、系统的主电路模型构成完整的阻抗模型。此外为了抑制LCL滤波器可能引入的谐振问题,阻抗模型中加入有源阻尼作用。基于建立的阻抗模型,用奈奎斯特曲线分析了控制系统参数以及有源阻尼作用对系统稳定性的影响。基于上述建立的阻抗模型,本文针对三相PWM并网变换器建立带有直流电压环和交流电压环的阻抗模型,直流和交流电压环分别用于控制直流侧电压和交流侧的电网电压。考虑电压环、锁相环和电流环对系统的影响,结合主电路模型,建立完整的阻抗模型,用奈奎斯特曲线分析系统参数对系统稳定性的影响,针对上述系统模型,在Simulink中搭建了相对应的详细模型,并进行了仿真验证,此外,在实验室的三相并网变换器实验平台上,完成了对系统的稳定性分析和对所提模型的实验验证,证明了所建模型的准确性。
【图文】：

曲线,奈奎斯特曲线,锁相环

*( ) ( )( )( )( ) ( ) ( ) ( )gs oso s o sI s Z sV sI sZ s Z s Z s Z s (1-32)化简得*( )1( ) ( ( ) )( ) 1 ( ) ( )gs so s oV sI s I sZ s Z s Z s (1-33)根据上式，在判断系统稳定性时，用广义奈奎斯特判据判断 ( ) ( )s oZ s Z s 曲线否包围（-1,0）点，以此判断系统的稳定性。在上文建立的阻抗模型中，引入了制系统的影响，由于控制系统的参数会对系统模型有影响，下面针对锁相环和流环参数对稳定性的影响进行分析。（1）锁相环参数对系统稳定性的影响由于锁相环采用了 PI 调节器，在系统中加入锁相环之后，锁相环的比例系数积分系数变化对系统的稳定性都会产生影响。下面将基于上文中建立的小信号抗模型用广义奈奎斯特判据分析锁相环参数对系统稳定性的影响。为了判断锁相环参数变化对系统稳定性的影响，在分析时改变锁相环的参数，对比奈奎斯特曲线的变化趋势，如图 2-9 所示。0.2 0.20.2

电流波形,锁相环,积分,电流波形

- 17 -图 2-12 锁相环积分增大时电流波形图变化图 2-11 是锁相环比例增大时用详细模型在 simulink 中仿真得到的网侧电流的形变化图，，在仿真时，系统先是稳定运行，在突然增大锁相环的比例系数时，，流中谐波含量变大，网侧的电流中有明显的谐波，此时系统处于不稳定状态，明锁相环比例增大时，系统会逐渐趋于不稳定状态，对比用奈奎斯特分析出的果，可以发现二者的结论相同。图 2-12 是当锁相环积分增大时，网侧电流变化时间 t(10ms/div)
【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】：2017
【分类号】：TM46

【参考文献】