分布式发电系统并网逆变器关键特性优化研究

发布时间：2020-06-26 15:19

【摘要】：并网逆变器是分布式发电系统中的关键设备,其工作特性对系统的整体效率与稳定性影响巨大。本文以应用于分布式发电系统的单相、三相并网逆变器为研究对象,对若干关键控制技术展开深入研究,提出了一些改善并网逆变器工作特性的策略,并采用仿真和实验手段加以验证。以下为本文主要研究工作。(1)并网逆变器输出侧必须采用电感进行滤波,滤波电感引入了dq电流的耦合,该耦合会降低逆变器旋转坐标系电流控制的动态特性。三相并网逆变器传统电感电流前馈解耦控制受参数准确性影响较大,当电感参数出现偏差时解耦效果下降明显。采用复矢量分析法对三相系统进行建模,将多输入多输出的数学模型简化为单输入单输出模型,设计了具备优异解耦能力的复矢量PI控制器,增强了控制器的参数鲁棒性,提高了逆变器在弱电网等工况下的动态响应速度。(2)单相并网逆变器主电路只存在一个自由度,为在旋转坐标系下进行dq电流独立控制,需要正交信号产生模块生成一个虚拟正交自由度。传统构造虚拟正交自由度的方法,引入了延迟环节和额外扰动,导致控制器变得复杂,破坏了动态特性。本文直接将正交信号的参考值用作坐标变换,提出了单相系统的准矢量控制,消除了扰动项。基于准矢量控制,dq电流解耦控制得以延伸至单相系统,发展出了参考电流前馈解耦和准复矢量PI控制策略。以上控制策略能够对单相并网逆变器输出电流进行无静差追踪,并有效改善单相并网逆变器电流环的动态响应速度和频率适应性。(3)两级式单相并网逆变器,由于输入功率恒定而输出功率存在2次脉动,直流母线存在2次电压纹波。直流母线若采用传统的PI控制器进行调节,输出的瞬时指令电流将富含3次谐波,逆变器无法在直流母线瞬态响应速度与输出电流质量之间取得平衡。本文提出了2阶FIR陷波器结合基于卡尔曼滤波器的输入功率前馈的母线电压控制策略,改善直流母线的控制特性。2阶FIR陷波器能够阻断谐波的传导,保证输出波形质量;卡尔曼滤波器对直流母线输入电流进行辨识,计算实时输入功率用于前馈控制,改善了直流母线电压的动态响应速度,该方法不需要额外电流传感器,适用于分布式系统。与此同时提出了一种调制补偿策略,消除了2次电压纹波在电流环中引入的非线性环节。仿真和实验结果表明,该策略能很好的优化两级式单相并网逆变器输出波形质量和直流母线电压的瞬态响应速度。(4)光伏阵列与大地之间存在寄生电容,当非隔离型并网光伏逆变器输出共模电压变化时,将产生共模漏电流。本文从拓扑结构和调制算法两方面,对比分析了单相和三相并网逆变器的共模漏电流抑制策略,得出了若干有价值的结论。单相并网逆变器采用H桥拓扑时,采用双极性调制可以抑制共模漏电流,但输出电流质量较差;H5、H6和HERIC等改进型拓扑能在保证输出电流品质的同时基本实现零共模漏电流。三相两电平逆变器空间矢量调制(SVPWM)的共模漏电流抑制能力较差;NSPWM(Near State PWM)调制、AZSPWM(Active Zero State PWM)调制能减少共模漏电流,但输出波形质量较差。三相三电平逆变器虽然在共模漏电流抑制方面具有原生优势,但三电平SVPWM调制输出共模电流仍然较大;2MV1ZPWM(PWM with two medium and one zero vectors)调制能够实现零共模电流,但是输出波形质量较差,缺乏中点平衡能力,直流母线电压利用率低。综合考虑分布式发电系统需求后,本文在LMZPWM(PWM with large vectors,medium vectors,and one zero vector)调制的基础上,提出了一种应用于三电平逆变器的多模式混合PWM调制(Multi-Mode Hybrid PWM,MMHPWM),该方法能在输出波形质量、母线电压利用率、中点平衡、共模漏电流抑制等多方面取得较好的折衷效果。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464
【图文】：

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本文编号：2730500