微电网双模式三电平并网逆变器关键控制技术研究

发布时间：2020-04-18 22:04

【摘要】：微电网是一个将多种新能源分布式发电单元、控制中心、本地负荷整合在一起的小型电网系统,能够自身稳定运行,有效地解决了间歇性新能源对大电网带来的不确定发电问题。微电网可以与大电网并网运行也可脱网进入孤岛运行模式,在大电网出现故障时进入孤岛运行模式,可以为本地负载继续供电,充分发挥新能源分布式发电的优势。通常微电网有多个分布式发电单元,在微电网孤岛运行时,各逆变器如何控制以维持微电网电压幅值和频率的稳定、如何实现“即插即用”以及如何控制各逆变器根据其自身的容量合理分担负荷是微电网需要解决的关键技术。本文以由多个光伏逆变器组成的微电网为背景,从单体逆变器入手,研究能够“即插即用”、自适应稳压稳频、合理分担负荷等关键控制策略,研究与大电网快速同步的主动同步方法,从而实现微电网与大电网并网运行、独立运行以及平滑并脱网切换。本文选择二极管箝位三电平逆变器作为主电路拓扑,首先分析了其工作原理,利用状态空间平均方法建立了数学模型,针对其存在中点电位不平衡问题研究了基于空间电压矢量调制算法的软件平衡控制策略。为了实现逆变器双模式运行和平滑切换,本文研究了基于电流下垂控制的微电网多机逆变器并联运行控制,提出了带有虚拟电阻的自适应电流下垂控制策略,可精确实现多机逆变器按容量成比例分担负荷并联运行,同时消除了系统阻抗对有功电流输出的影响,减小逆变器等效输出阻抗对母线电压的影响;为了使系统阻抗呈阻性,设计了带有虚拟电阻的电压电流双闭环控制器。本文还对基于电流下垂控制下的微电网系统稳定性进行了分析,建立系统的小信号模型,通过绘制根轨迹描述有功电流下垂系数、等效系统阻抗角等参数的变化对系统稳定性和响应速度的影响。针对非隔离型三相光伏并网逆变器系统中漏电流问题,首先分析了已有漏电流抑制方法存在桥臂侧电流低频振荡和连接线电流有效值过大的问题的原因,在建立电路等效模型的基础上,提出独立分裂电容+LMZVM与LMSVM调制相结合的软硬件综合漏电流抑制方法,此方法在改进硬件电路的基础上改变调制方式,减小共模电压变化率,达到同时抑制漏电流和减小连接线电流有效值的目的。通过实验证明了所提漏电流抑制方案的有效性。微电网的工作模式可以分为并网运行模式和孤岛运行模式,当从孤岛模式向并网模式切换时,微电网侧的电压信息需要满足一定的标准,才能实现模式切换,否则,将产生较大的冲击电流,对系统的稳定运行及设备造成损坏。本文研究了微电网与大电网主动同步控制,其中一个关键问题是滑差信号检测,本文提出了基于dq坐标变换的滑差信号检测方法,即将A、B、C三相电压信号转换至两相同步旋转坐标系,通过简单有效的计算,可以迅速且准确的得到微电网和大电网两侧电压之间的幅值差、相位差和频率差。在此基础上本文提出了偏置量恢复的频率和电压幅值闭环主动同步方法及分层同步控制方案,从而实现微电网与大电网的快速同步和无冲击并网。通过仿真和实验平验证了该主动同步控制方案的正确性和有效性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

【参考文献】