微电网逆变器并网平滑切换控制策略研究

发布时间：2017-09-08 06:14

  本文关键词：微电网逆变器并网平滑切换控制策略研究

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【摘要】：开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社会、实现可持续发展的基本要求,也是保护环境、应对气候变化的重要措施。分布式发电以其诸多优势将成为未来发电的主导形式之一。微电网是在分布式能源发电基础上新兴的前沿技术,与大电网互为支撑,能够大幅提高分布式能源的供能效益。微电网具有并网和离网两种运行模式,因此需要逆变器既能够工作于并网模式下,与中低压配电网并网运行,又可以运行于离网模式,为微电网内部重要负荷供电。由于分布式能源与电网不能严格同步以及逆变器控制方式之间所存在的差异,逆变器会在并网切换的瞬间产生过电压或过电流,危及微电网稳定运行。目前,对能满足并网/离网双模式逆变器及其平滑切换控制的研究较少,此关键技术制约着微电网的进一步发展与推广应用,有待深入研究并解决。本文针对微电网逆变器并网平滑切换控制策略,进行了如下工作:(1)通过介绍逆变器在微电网中的结构,确定了一种三相逆变器的主电路拓扑结构,并给出了其等效电路图。对于逆变器控制器,阐述并分析了几种常用的控制方法。此外,数字锁相环具有较强的抗干扰性,本文介绍了数字锁相环的基本结构以及典型控制算法。(2)针对微电网逆变器在并网切换时电流冲击大等问题,提出了一种三相逆变器的双模式及其平滑切换控制方法。该方法包括稳态控制和切换控制两部分,其中,切换控制由软启动虚拟阻抗和单环电流反馈控制构成。软启动虚拟阻抗用于减小并网电流冲击并增强逆变器稳定性,给出了其具体形式并计算了参数值。同时,为防止逆变器在并网切换和稳态控制中,因相位误差造成的能量倒灌现象,提出了一种相位超前控制方法,并引入到下垂控制器中,给出了其频率调节实现方式。在并网切换时,切换控制与相位超前控制相配合,能够大幅抑制逆变器输出电流和入网电流的冲击,实现并网平滑切换。(3)通过介绍虚拟同步发电机的模型,确定了其控制策略由功频控制、励磁控制以及同步发电机算法组成,并分别给出了各部分控制方法。为抑制并网切换时的电流冲击,引入相位超前控制与软启动虚拟阻抗,并在原有稳态控制算法的基础上添加了频率调节、励磁调节和相角调节部分,提出了一种适用于虚拟同步发电机的并网平滑切换控制方案。该控制方法能够抑制输出电流和入网电流的冲击,实现了虚拟同步发电机的平滑切换。(4)设计了系统的硬件及软件,并在样机上进行了实验验证。对逆变器主电路的器件进行了选型,计算了直流侧电容、滤波器等参数,选取并设计了功率器件、外围电路等,给出了DSP资源配置、主程序、中断程序、液晶显示的流程图等。在实验室搭建了三相光伏逆变系统实验平台,通过样机对所提出的控制方案进行了验证,实验结果与仿真结果一致,验证了本文提出的三相光伏逆变器并网平滑切换控制技术的可行性和有效性。
【关键词】：微电网 三相逆变器 虚拟同步发电机 平滑切换 抑制电流冲击
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 分布式发电技术11-14
• 1.3 微电网14-18
• 1.3.1 结构及特点14-16
• 1.3.2 微电网研究现状16-17
• 1.3.3 平滑切换研究现状17-18
• 1.4 课题来源及主要研究内容18-20
• 第2章 逆变器运行控制策略20-32
• 2.1 逆变器在微电网中的应用20-24
• 2.1.1 微电网控制模式20-23
• 2.1.2 逆变器主电路结构23-24
• 2.2 逆变器控制方法24-29
• 2.2.1 外环控制器25-28
• 2.2.2 内环控制器28-29
• 2.3 数字锁相环29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 逆变器平滑切换控制策略32-49
• 3.1 逆变器稳态控制策略32-34
• 3.1.1 功率控制器设计32-33
• 3.1.2 电压电流双环控制器设计33-34
• 3.2 逆变器并网切换的暂态分析34-37
• 3.3 平滑切换控制策略37-45
• 3.3.1 软启动虚拟阻抗38-41
• 3.3.2 相位超前控制41-44
• 3.3.3 逆变器并网切换实现44-45
• 3.4 系统仿真结果45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 基于虚拟同步发电机的平滑切换控制策略49-61
• 4.1 虚拟同步发电机建模与控制49-52
• 4.1.1 虚拟同步发电机建模49-50
• 4.1.2 虚拟同步发电机控制策略50-52
• 4.2 虚拟同步发电机并网控制策略52-56
• 4.2.1 虚拟同步发电机平滑切换控制53-56
• 4.2.2 虚拟同步发电机并网切换实现56
• 4.3 基于同步发电机思想的控制策略56-57
• 4.4 系统仿真结果57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 系统设计及实验验证61-78
• 5.1 系统主电路设计61-65
• 5.1.1 直流侧电容设计62
• 5.1.2 滤波器设计62-63
• 5.1.3 功率器件选取63-65
• 5.2 控制系统硬件设计65-69
• 5.2.1 数据采样调理电路65-66
• 5.2.2 保护电路66-67
• 5.2.3 死区生成电路67-68
• 5.2.4 通信模块电路68-69
• 5.3 控制系统软件设计69-74
• 5.3.1 主程序结构70-71
• 5.3.2 中断程序71-73
• 5.3.3 液晶显示程序73-74
• 5.4 三相光伏逆变系统实验74-77
• 5.4.1 实验系统简介74-75
• 5.4.2 逆变器平滑切换控制实验75-76
• 5.4.3 虚拟同步发电机平滑切换控制实验76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-85
• 附录A 攻读学位期间取得的研究成果85-87
• 致谢87

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本文编号：812350