LCL型单相光伏并网逆变器控制策略研究

发布时间：2020-05-20 17:24

【摘要】：近年来户用型光伏发电设备不论在绿色环保领域还是经济效益方面都得到了各方面的广泛关注和研究。其中,需要关注的问题就是并网电能质量和系统稳定性。在直流电转换为交流电期间,高频动作的逆变开关器件会产生高频噪声,严重影响了逆变桥输出的电流质量;LCL型滤波器虽然可以削弱高次谐波分量,但在一定的激励条件下,会在谐振频率处产生谐振尖峰造成系统不稳定;同时,在调制波形成过程中,传统的PI控制策略存在无法消除的稳态误差和单一控制力性能不优的问题。因此,以3kW的LCL型单相并网逆变器为研究对象,针对优化LCL型滤波器参数设计问题、LCL型滤波器自身谐振尖峰改善问题、优化传统电流控制策略三方面进行理论研究与仿真验证。此外,以课题组的光伏并网发电实验平台为基础,验证并网电流质量与控制效果的有效性。本文主要完成的工作和取得的研究成果如下:(1)完成了LCL型滤波电路的参数设计。以满足并网电流总谐波失真要求和实际工程规定为设计目标,深入分析LCL滤波器相关特性,并结合图解法,给出滤波器参数的优化图解方法,并通过仿真试验验证设计的正确性;(2)完成了数字控制下有源阻尼控制研究。利用电容电流反馈解决谐振尖峰问题,并保证1.5拍延时下闭环系统稳定性。以满足系统稳定裕度和并网电流要求为约束条件,给出系统闭环参数设定流程,代入仿真软件进行合理化分析;(3)完成自适应点控制策略研究。电流控制器采用九点控制算法解决传统PI控制的稳态误差问题,再针对九点控制参数设计不确定性的缺陷,提出并研究以随机森林算法优化九点控制的自适应点控制策略,达到控制力输出的准确性。对自适应点控制策略进行仿真与分析,以验证自适应点控制的优越性;(4)完成了LCL型单相并网逆变控制系统实验平台搭建。设计了基于DSP与FPGA混合架构的双核控制软件流程,与硬件电路模块;针对逆变侧电流间接控制、并网电流直接控制以及自适应点控制进行波形试验,实验结果验证了自适应控制的有效性。综上所述,LCL型滤波电路可以衰减高频谐波,数字控制下电容电流反馈有源阻尼方法可以抑制谐振尖峰,优化系统性能。基于九点控制+随机森林算法的自适应点控制优于传统控制策略,消除稳态误差,满足THD并网要求。
【图文】：

原理图,双极性,SPWM控制,原理图

图 2-2 双极性 SPWM 控制原理图可见同一桥臂上下两个开关管互补导通，开关状态对应式 2.1 所示。1 4 2 32 3 1 4M triM triV V Q Q D DV V Q Q D D > < 和通，和续流和通，和续流(2.通过驱动功率开关器件的导通与关断，，可以得到双极性 SPWM 控制的单相全桥逆变器桥臂两端输出电压的傅里叶级数展开式为[46]：( ) ( ) ( )inv invl invhv t = v t + v t(2.表达式中， ( )invv t 为逆变桥输出电压， ( )invlv t 和 ( )invhv t 分别为逆变桥输出电压基波分量和谐波分量， ( )invlv t 和 ( )invhv t 各自的表达式分别如下：0( ) sininvl r inv t = M V ωt(2.01,3,5,... 0 2 4 ...02,4,6,... 0 1 3 ...( )42( ) sin cos( )2( )42cos sin( )2rnininvh swm nrninswm nmMJV mv t m t n tmmMJV mm t n tmππω ωπππω ωπ∞ ±∞= = ± ±∞ ±∞= = ± ±= ++ + ，，，，，，(2.

频谱图,特征曲线,函数,双极性

图 2-3 Bessel 函数特征曲线通过 Matlab/Simulink 仿真软件搭建单相双极性 SPWM 控制的逆变电路输出电压invU 进行傅里叶频谱分析（FFT），所得的各次谐波分布如图设定载波频率swf 为 20kHz）。图 2-4 双极性 SPWM 控制的逆变桥输出电压频谱图由上述表达式与仿真得出双极性 SPWM 控制输出电压谐波分析结论如
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

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