微电网双向变流器研制及复合控制方法研究

发布时间：2017-08-10 19:19

  本文关键词：微电网双向变流器研制及复合控制方法研究

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【摘要】：近年来,微电网以其环境友好性和控制智能灵活性而成为许多国家电力发展的战略重点。双向变流器作为微电网中储能系统与交流母线连接的桥梁,已成为研究的热点。本文以三相电压型半桥结构的PWM变流器作为微电网双向变流器研究对象,详细分析了其主电路拓扑结构、工作原理及各坐标系下的数学模型,同时给出了实验样机的设计过程,并对其控制方法进行了深入研究。本文的主要工作和成果如下:1.根据微电网系统对于双向变流器性能的要求,选用三相电压型半桥结构的PWM变流器作为微电网双向变流器研究对象。根据其主电路拓扑结构,详细分析了微电网双向变流器的具体工作原理及整流运行与逆变运行的换流过程。并分别建立了微电网双向变流器在三相静止坐标系(a,b,c)、两相静止坐标系(α,β)及两相旋转坐标系(d,q)中的数学模型。2.设计了微电网双向变流器功率主电路的参数,并完成了控制电路的硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括DSP最小系统设计、交流直流检测电路及相应的信号调理电路设计、过零检测电路设计、驱动及保护电路设计和电源模块设计;软件设计主要包括主程序设计、中断服务程序设计和各个子程序设计。并搭建了微电网双向变流器实验样机。3.基于微电网双向变流器在两相旋转坐标系(d,q)中的数学模型,分析了其采用电压电流双闭环控制的整体控制结构。根据变流器系统时变非线性、强耦合的特性,提出一种基于现代非线性控制理论的复合控制方法。该方法电流内环采用反馈线性化控制,通过非线性状态及反馈变换,将变流器非线性系统精确线性化,并完全解耦了系统的有功电流和无功电流。电压外环采用滑模控制,充分利用其对系统参数变化鲁棒性好的优点,解决了变流器系统时变参数的问题。同时给出了双闭环传统PI调节器的设计过程。最后分析了SVPWM的调制过程。4.建立了微电网双向变流器的仿真模型。通过与传统PI控制方法比较分析,结果表明,采用电流内环反馈线性化控制、电压外环滑模控制的复合控制方法时,微电网双向变流器在实现单位功率因素双向变流运行的同时,具有更为优越的动、静态性能,其网侧电流动态响应速度快、跟踪精度高、谐波电流小,并且其直流侧电压具有快速的动态响应速度和较好的抗干扰性及鲁棒性。这些优点,使得采用复合控制方法的双向变流器减少了对微电网交流母线的谐波污染,并提高了后端电池储能系统的充电效率,实现了“绿色能源变换”。
【关键词】：微电网 双向变流器 复合控制 反馈线性化控制 滑模控制 动静态性能
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究的背景及意义12-13
• 1.2 微电网的研究现状13-15
• 1.2.1 国外微电网研究现状13-15
• 1.2.2 国内微电网研究现状15
• 1.3 双向变流器的研究现状15-18
• 1.3.1 国外双向变流器研究现状15-18
• 1.3.2 国内双向变流器研究现状18
• 1.4 本文研究的主要内容18-20
• 第2章 微电网双向变流器工作原理与数学模型20-38
• 2.1 性能要求20-21
• 2.2 主电路拓扑结构与工作原理21-23
• 2.3 换流过程分析23-29
• 2.3.1 整流状态换流过程25-28
• 2.3.2 逆变状态换流过程28-29
• 2.4 数学模型29-37
• 2.4.1 三相静止坐标系（a, b, c）数学模型29-32
• 2.4.2 两相静止坐标系（α, β）数学模型32-35
• 2.4.3 两相旋转坐标系（d, q）数学模型35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 微电网双向变流器硬件与软件设计38-58
• 3.1 硬件系统总体构成38-39
• 3.2 功率主电路参数设计39-44
• 3.2.1 直流侧电压值确定39-40
• 3.2.2 IGBT功率开关管选取40
• 3.2.3 进线熔断器选择40-41
• 3.2.4 交流侧电感设计41-43
• 3.2.5 直流侧电容设计43-44
• 3.3 控制电路硬件设计44-52
• 3.3.1 DSP最小系统44-46
• 3.3.2 检测及信号调理电路46-48
• 3.3.3 过零检测电路48-49
• 3.3.4 驱动及保护电路49-51
• 3.3.5 电源模块51-52
• 3.4 软件设计52-55
• 3.4.1 系统主程序52-53
• 3.4.2 控制算法子程序53-54
• 3.4.3 SVPWM子程序54-55
• 3.5 实验样机55
• 3.6 总结55-58
• 第4章 微电网双向变流器控制方法研究58-86
• 4.1 整体控制结构58-60
• 4.2 电流内环设计60-70
• 4.2.1 电流内环PI前馈解耦控制60-63
• 4.2.2 反馈线性化控制理论63-66
• 4.2.3 基于反馈线性化控制的内环电流控制器设计66-70
• 4.3 电压外环设计70-78
• 4.3.1 电压外环PI控制70-72
• 4.3.2 滑模控制理论72-74
• 4.3.3 基于滑模控制的外环电压控制器设计74-78
• 4.4 空间矢量算法78-84
• 4.4.1 参考电压所在扇区的判断79-81
• 4.4.2 开关管导通时间计算81-82
• 4.4.3 各相桥臂开关管导通时间分配82-83
• 4.4.4 SVPWM波产生83-84
• 4.5 本章小结84-86
• 第5章 微电网双向变流器仿真分析86-100
• 5.1 仿真模型建立86-90
• 5.2 仿真结果分析90-99
• 5.2.1 整流状态90-98
• 5.2.2 有源逆变状态98-99
• 5.3 本章小节99-100
• 第6章 总结与展望100-102
• 6.1 总结100-101
• 6.2 展望101-102
• 参考文献102-106
• 致谢106-107
• 攻读学位期间参加的科研项目及成果107

【参考文献】

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1 楼书氢;李青锋;许化强;刘鲁丹;;国外微电网的研究概况及其在我国的应用前景[J];华中电力;2009年03期

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本文编号：652229