双Boost单相逆变器高性能并网控制策略研究

发布时间：2020-06-17 12:57

【摘要】：新能源如光伏等以及电池储能系统的输出电压较低,向单相交流负载和单相电网供电时需要进行升压逆变。另外,在交直流混合系统中,低压直流母线和交流母线互联通常也需进行升压逆变。因此,各国学者在升压逆变环节及其控制策略做了大量的研究工作。以双Boost单相逆变器为中间逆变环节的单级升压逆变方案,其拓扑在改善单相系统交直流侧电能质量方面具有较大的优势,因而本文采用双Boost单相逆变器作为并网接口。本文主要从以下几个方面展开研究。首先围绕双Boost单相逆变器工作原理展开研究。介绍了逆变器基本工作原理,包括基本工作模态和双模式(差模+共模)工作原理,基于双模式工作原理对并网双Boost单相逆变器进行小信号建模,为控制设计的参数整定奠定基础;分析调制方式对开关次纹波的影响,采用载波移相脉宽调制策略以削弱直流侧输入电流和并网电流的开关次谐波。分析双Boost单相逆变器的传统并网电流控制策略的不足,设计出了适用于该逆变器的并网单电流环控制策略,改善了并网电流的谐波性能并提高了系统响应速度,然后通过仿真和实验验证该并网控制策略的有效性。深入分析双Boost单相逆变器功率耦合与功率解耦的原理,设计功率解耦控制策略获得高质量的直流侧输入电流。基于数学推导分析双Boost单相逆变器功率耦合后直流侧各电流谐波成分,为功率解耦控制的设计提供理论基础;分析功率解耦控制对直流侧二次纹波的具体抑制作用;接着分析功率解耦控制对双Boost单相逆变器工作性能的影响,特别是电容不匹配影响,然后提出功率解耦控制的具体实现方式,并提出措施改善功率解耦控制带来的影响,能够明显抑制由于电容不匹配引入的谐波。最后通过仿真和实验验证功率解耦控制的有效性。针对双Boost单相逆变器在并网工况下复杂的谐振问题,本文深入研究双Boost单相逆变器谐振机理,建立了交流侧等效模型进行研究,发现其谐振频率与交、直流侧的无源器件都相关且含有两个谐振点,同时,为抑制并网谐振,提出了基于直流侧电感电流的有源阻尼控制,有效的抑制了谐振现象。最后通过仿真和实验验证理论与控制的有效性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM464
【图文】：

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图１－４邋Ｚ源逆变器拓扑结构逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｚ－ｓｏｕｒｃｅ邋ｉｎｖｅｒｔｅｒ逡逑相系统硬件功率解耦方案逡逑变器广泛应用于可再生能源和微网领域，然而

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１．２．３双Ｂｏｏｓｔ单相逆变器逡逑为实现单级升压逆变和抑制直流侧二次纹波双重功能，文献［２４］提出由两个相逡逑同的双向Ｂｏｏｓｔ邋ＤＣ／ＤＣ变换器组成结构对称的双Ｂｏｏｓｔ单相逆变器，如图１－６所示。逡逑通过控制两个Ｂｏｏｓｔ变换器输出差值获得正弦电压，实现单级升压逆变。同时，该逡逑拓扑具有功率解耦条件，通过控制可由直流侧电源提供平均功率，两个输出电容逡逑提供二次脉动功率，可避免交流侧二次功率脉动在直流侧引入二次纹波，改善直逡逑流侧电流性能。逡逑—￣￣－—逦—逡逑ｒ２邋＿逦＋邋ｖ。邋－逦ｔ４逡逑＋邋＋逡逑ｖｃ丨宁邋ｃ！逦—了邋碡［、了—逦ｃ２＝ｔ邋ｖＣ２逡逑⑷冷邋２命⑷逡逑图１－６邋双Ｂｏｏｓｔ单相逆变器拓扑逡逑Ｆｉｇ．邋１－６邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｏｕｂｌｅ邋Ｂｏｏｓｔ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ邋ｉｎｖｅｒｔｅｒ逡逑双Ｂｏｏｓｔ单相逆变器采用单级结构实现升压逆变，与图１－２中传统两级升压逆逡逑变器相比，两者各有优劣。在相同条件下，对双Ｂｏｏｓｔ单相逆变器与传统两级升压逡逑逆变器进行对比，如表Ｍ所示，可以看出，双Ｂｏｏｓｔ单相逆变器的开关管电压应逡逑力相对较大，但两者开关电压应力相差不大，实际中均选用６５０Ｖ电压等级开关器逡逑件；虽然双Ｂｏｏｓｔ单相逆变器所需开关器件电流等级较高

【参考文献】