基于LCL型并网滤波器的优化设计方案研究

发布时间：2017-08-18 04:32

  本文关键词：基于LCL型并网滤波器的优化设计方案研究

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【摘要】：随着社会发展对能源需求的日益增加,权衡好能源与发展之间的关系显得越来越重要。新能源随之以其独特的优势越来越受到人们的关注,光伏发电同时成为一大热门课题。作为光伏并网发电的重要技术,滤波技术对并网电流的质量影响很大。本论文的主要工作如下：(1)基于LCL型滤波器的性能及数学模型的研究通过对比分析L型、LC型以及LCL型三种常见类型并网滤波器的性能,说明了LCL型滤波器对抑制高频谐波有着明显的优势,从而选择LCL型滤波器为研究对象,并且针对LCL型滤波器存在谐振峰的缺点提出了分裂电容方案,并通过改善对逆变器的控制策略进行抑制。通过对基于LCL型滤波器的并网逆变器进行数学建模,最终给出了其在静止坐标系及旋转坐标系下的数学模型,分析其模型后得出,基于LCL型滤波器的并网逆变器的单相与三相电路的控制器结构和参数设计存在一致性,这为以单相并网逆变器的控制模型来分析其相关的特性奠定了基础。(2)在LCL滤波器条件下逆变器的控制策略的研究在控制策略分析的部分,由于在光伏并网发电系统中存有大量谐波,以及滤波器自身的谐振,需要利用对逆变器的控制进行抑制。在并网逆变器的无源阻尼控制策略中,对比分析了基于LCL型滤波器的分裂电容方案与传统方案的无源阻尼控制策略,证明了分裂电容方案在阻尼损耗方面存在优势；在并网逆变器的有源阻尼控制策略中,对比分析了分裂电容方案和传统方案的有源阻尼控制策略的优缺点,证明了分裂电容有源阻尼方案可以选取较大的比例增益,获得更好的滤波效果。基于前述的对比分析,提出了基于LCL型滤波器分裂电容方案的协同控制策略,然后对采用新方案的控制器进行了详细设计。(3)基于协同控制策略时滤波器参数的研究通过对LCL型滤波器特性的分析,得到了其中电感以及电容值对滤波效果的影响,分析了对于滤波器的总电感值、总电容值以及各个电感、电容值的选取要求,本文给出了各个参数的选取区间。随后,本文分析了滤波器中两个电感值与两个电容值在选取时存在的比例关系,给出了滤波器中各个元件参数的选取方法,以保证协同控制策略获得最优的滤波效果。(4)基于不同控制策略时滤波效果的仿真研究基于MATLAB/SIMULINK软件平台搭建了基于新的控制策略的三相与单相并网逆变器的仿真模型。仿真结果表明,一是并网逆变器在采用基于LCL型滤波器分裂电容方案的协同控制策略,可有效抑制谐波含量,证明了所设计的控制策略的正确性；二是通过对比分析,说明协同控制策略比有源阻尼控制策略的阻尼效果更好,比无源阻尼控制策略的功率损耗减少,验证了所提出的控制策略的优越性。
【关键词】：并网逆变器 LCL型滤波器 分裂电容 协同控制
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TN713
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景及发展现状10-14
• 1.1.1 研究背景10-12
• 1.1.2 光伏产业的发展现状12-14
• 1.2 并网技术讨论14-16
• 1.2.1 光伏系统并网的性能要求14
• 1.2.2 光伏系统并网的技术要求14-16
• 1.3 发展现状与本文的创新点16-19
• 1.3.1 并网逆变器的主要滤波方式16-17
• 1.3.2 并网逆变器的控制策略17-18
• 1.3.3 研究现状18-19
• 1.3.4 本文的创新点19
• 1.4 本文的主要研究内容与章节安排19-22
• 2 滤波器电路的分析与建模22-32
• 2.1 并网滤波器电路的分析22-25
• 2.2 LCL型光伏并网逆变器的数学建模25-31
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型25-28
• 2.2.2 两相旋转坐标系下的数学模型28-31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 基于LCL型滤波器光伏并网系统的控制策略研究32-48
• 3.1 系统中的谐振问题32
• 3.2 无源阻尼控制策略32-38
• 3.2.1 分裂电容方案的无源阻尼控制策略33-35
• 3.2.2 传统方案的无源阻尼控制策略35-36
• 3.2.3 对比分析36-38
• 3.3 有源阻尼控制策略38-44
• 3.3.1 虚拟电阻法38-40
• 3.3.2 分裂电容方案的有源阻尼控制策略40-42
• 3.3.3 传统方案的有源阻尼控制策略42-43
• 3.3.4 对比分析43-44
• 3.4 协同控制策略44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 滤波器的参数设计48-62
• 4.1 滤波器的特性48-51
• 4.1.1 电感参数的影响50
• 4.1.2 电容参数的影响50-51
• 4.2 滤波器各项参数的选取要求51-58
• 4.2.1 滤波器电感值的要求51-54
• 4.2.2 滤波器电容值的要求54-55
• 4.2.3 谐振频率的要求55-57
• 4.2.4 谐波衰减的要求57-58
• 4.3 滤波器中各参数的确定58-60
• 4.3.1 滤波器桥臂电感值的确定58-59
• 4.3.2 滤波器网侧电感值的确定59
• 4.3.3 滤波器分裂电容值的确定59-60
• 4.4 滤波器中参数的检验60
• 4.5 本章小结60-62
• 5 仿真验证62-74
• 5.1 光伏电池模型62-65
• 5.1.1 光伏电池特性62-63
• 5.1.2 光伏电池模型63-65
• 5.2 三相仿真65-68
• 5.3 仿真结果对比68-73
• 5.3.1 协同控制策略仿真68-69
• 5.3.2 有源阻尼控制策略仿真69-71
• 5.3.3 无源阻尼控制策略仿真71-72
• 5.3.4 对比分析72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 6 总结和展望74-76
• 6.1 总结74
• 6.2 展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 攻读学位期间发表的论文及专利目录82-84

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本文编号：692729