T型三电平逆变器在微网系统中的控制策略研究

发布时间：2017-10-03 19:22

  本文关键词：T型三电平逆变器在微网系统中的控制策略研究

  更多相关文章： T型NPC 下垂控制 虚拟阻抗 双模式切换 谐波观测器 复合控制

【摘要】：微电网能够在电网正常运作时并网运行,在电网故障时对整个负载系统独立供电。逆变器作为微电网应用中重要的电力电子单元,其工作状态将直接决定整个微网系统的运行质量。本文选用以T型NPC逆变器,并在此基础上本文主要研究内容如下:(1)针对传统SVPWM策略计算量大、实现效率低等问题,采用基于g-h坐标系的SVPWM提升调制策略的效率。深入分析基于g-h坐标系SVPWM中矢量合成过程,根据奇函数特征,提出一种改进型调制策略,对每个开关周期中矢量合成顺序进行重新排列,通过Matlab对这种改进型调制策略与传统调制策略进行仿真对比,结果表明改进型的调制策略实现简单,在提高调制效率的同时,减少调制中输出电压的谐波含量。g-h g-h(2)根据微网系统中的运行特点,本文采用下垂控制与前馈解耦控制组成逆变器三环控制。研究低压运行中下垂控制的相关特征,采用虚拟阻抗策略实现功率精确控制。为了满足逆变器能在微网中实现双模式平滑切换,根据下垂控制中有功与无功环的特点,提出一种的双模式切换策略,该策略能在了两种模式之间无缝切换,设计调试简单,通过Matlab进行仿真实验,结果表明使用该切换策略能够稳定快速实现并网与孤岛双模式的切换。(3)为了对逆变器输出电压与电流中的谐波信息检测,提出一种基于状态观测器理论的谐波观测算法,采用多模块设计,对混合信号中各次谐波信息进行分离观测,并且产生各谐波信息所对应的正交信号,利用所得到信息计算出虚拟阻抗,利用Matlab对谐波观测器算法进行仿真,结果表明对于任一周期性信号,该算法能够实时快速的对其中谐波信息及其正交信号进行观测。(4)针对逆变器在孤岛运行中的输出电压中谐波问题,根据前馈控制理论,利用谐波观测器算法,提出一种前馈消谐算法,通过输出电压与电流中的谐波信息,将其与三环控制中所产的调制指令进行合成新的调制波形。将谐波前馈算法与上述所提出调制策略与控制算法结合出一种复合控制算法,通过Matlab进行仿真,结果表明基于复合控制算法的T型NPC逆变器能够在微网系统中,提高输出电能质量,能够快速响应且稳定运行。(5)基于TMS28377S、FPGA与STM32设计全数字控制平台,搭建了T型NPC逆变器的实验装置,并对本文中一部分策略与算法进行了硬件实验,最终实验结果验证了相关算法的有效性与可行性。
【关键词】：T型NPC 下垂控制 虚拟阻抗 双模式切换 谐波观测器 复合控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 接口逆变器拓扑12-13
• 1.2.1 二极管型NPC拓扑12
• 1.2.2 有源NPC拓扑12-13
• 1.2.3 T型NPC拓扑13
• 1.3 微网运行控制方法13-16
• 1.3.1 具有互联线并联控制13-16
• 1.3.2 无互联线并联控制16
• 1.4 谐波观测问题16-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 第2章 T型NPC逆变器19-30
• 2.1 T型三电平逆变器简介19-22
• 2.2 调制策略22
• 2.3 SVPWM策略基本原理22-25
• 2.3.1 基于g-h坐标系SVPWM策略24-25
• 2.4 基于g-h坐标系SVPWM策略的改进25-28
• 2.5 中点电压平衡策略28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 基于三环控制T型NPC逆变器建模30-43
• 3.1 T型三电平逆变器的三环控制结构30-31
• 3.2 T型NPC逆变器数学模型31-33
• 3.3 电流内环设计33-36
• 3.4 电压外环设计36-39
• 3.5 基于下垂控制的功率环39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 基于下垂控制微网逆变器算法改进43-62
• 4.0 引言43
• 4.1 基于虚拟阻抗的下垂控制43-45
• 4.2 微网运行下双模式切换45-47
• 4.2.1 两种模式工作特点45
• 4.2.2 模式切换策略45-47
• 4.3 谐波观测器设计47-57
• 4.3.1 混合输入信号建模48-49
• 4.3.2 连续谐波观测器设计49-50
• 4.3.3 连续谐波观测器仿真与频域特性50-52
• 4.3.4 输入信号离散化建模52
• 4.3.5 离散谐波观测器设计52-54
• 4.3.6 离散谐波观测器仿真54-55
• 4.3.7 采用谐波观测器算法实现虚拟阻抗55-57
• 4.4 基于虚拟阻抗下垂控制的下垂参数改进57-58
• 4.5 基于谐波观测器的前馈消谐方法58-60
• 4.6 复合控制策略60-61
• 4.7 小结61-62
• 第5章 仿真与实验62-89
• 5.1 仿真分析与实现62-73
• 5.1.1 T型三电平NPC调制62-63
• 5.1.2 中点平衡策略仿真63-65
• 5.1.3 基于双环控制仿真65-66
• 5.1.4 基于复合型下垂控制的微网仿真66-71
• 5.1.5 基于复合型下垂控制的逆变器两种模式切换仿真71-73
• 5.2 硬件与软件设计简述73-74
• 5.3 硬件设计74-76
• 5.3.1 直流侧电容设计74-75
• 5.3.2 LC滤波器设计75
• 5.3.3 调理保护电路75-76
• 5.4 软件设计76-82
• 5.4.1 基于TMS320F28377S程序设计76-80
• 5.4.2 基于FPGA调制与保护设计80-81
• 5.4.3 基于STM32的LED上位机81-82
• 5.5 实验结果及其分析82-87
• 5.5.1 T型NPC开环实验82-84
• 5.5.2 谐波观测器算法实验84-86
• 5.5.3 基于复合型下垂控制T型NPC孤岛运行实验86-87
• 5.6 小结87-89
• 第6章 总结与展望89-91
• 6.1 全文总结89
• 6.2 后续工作展望89-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果96

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本文编号：966263