三电平逆变器并联系统环流抑制研究
本文关键词：三电平逆变器并联系统环流抑制研究
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【摘要】：三电平光伏并网逆变器在中高压大功率领域中应用广泛,通过并联技术得到的三电平光伏逆变器并联系统能使系统容量成倍增加,同时具有高功率密度、高可靠性和高冗余度等优点,具有广阔的应用前景。但是并联的三电平逆变器之间之间会产生环流,环流可以分为零序环流和非零序环流,对于采用LCL滤波器且具有电流内环的并联模块,非零序环流很小,可以忽略,零序环流是环流的主要成分,零序环流导致并联逆变器电流应力不均衡、增大系统损耗、降低系统效率,因此研究三电平光伏并网逆变器并联系统的零序环流抑制具有重要意义。文章首先介绍了课题的研究背景,介绍了二极管中点电位箝位式(NPC)三电平逆变器的拓扑结构及其基本工作原理,并阐述了应用广泛的空间矢量脉宽调制法(SVPWM)的基本原理,分析了矢量法调制与载波法调制的内在联系,介绍了实现方式比较简单的载波法调制,在此基础上对三种典型调制策略的矢量思想及其载波实现方法进行了详细的分析。针对三电平逆变器并联系统的零序环流问题,首先详细分析了零序环流的环路,在此基础上建立了零序环流的等效模型,根据等效模型将零序环流分成了三类：通态零序环流、开关零序环流和混合零序环流。采用共享直流侧中性点的并联方案抑制通态零序环流,采用滤波电容引回的改进型LCL滤波器抑制高频零序环流。采用零序环流控制器来抑制零序环流的低频分量,分析和比较了采用比例调节器、比例积分调节器和比例谐振调节器时对零序环流的抑制效果,并分析了采用不同零序调节器时由于零序环流的采样误差及限幅导致的调节器饱和特性,在此基础上提出一种基于准比例谐振调节器的零序环流控制器,不会发生饱和现象且大大提高了对零序环流的抑制效果,并根据稳态误差、电网基波波动范围和稳定裕度要求对准PR调节器的参数进行了设计。此外分析了零序环流抑制与中点平衡控制之间的关系,并提出了两者协调控制的方法。最后,搭建了基于TMS320F28335型DSP为控制核心,以CPLD作为辅助控制的10KW三电平逆变器实验平台。实验结果验证了理论分析的正确性及所提出的准PR控制器对零序环流抑制的有效性。
【关键词】：三电平逆变器 并联 零序环流 准比例谐振调节器 中点电位平衡
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：
- 致谢7-8
- 摘要8-9
- ABSTRACT9-16
- 第一章 绪论16-20
- 1.1 课题的研究背景及意义16-17
- 1.2 课题的国内外研究现状17-18
- 1.3 本文的研究内容18-20
- 第二章 三电平逆变器及其调制方法20-34
- 2.1 引言20
- 2.2 NPC型拓扑结构及其工作原理20-23
- 2.3 空间矢量SVPWM调制法23-26
- 2.3.1 SVPWM调制法基本原理23-24
- 2.3.2 SVPWM调制法的载波实现24-26
- 2.4 几种典型的三电平调制策略26-34
- 2.4.1 羊角波调制策略26-29
- 2.4.2 鞍形波调制策略29-32
- 2.4.3 十三矢量法32-34
- 第三章 零序环流分析与抑制34-45
- 3.1 引言34
- 3.2 零序环流回路34-37
- 3.3 零序环流的建模37-39
- 3.4 零序环流的分类39-40
- 3.5 零序环流的抑制40-45
- 3.5.1 通态零序环流的抑制40-41
- 3.5.2 开关零序环流的抑制41-44
- 3.5.3 混合零序环流的抑制44-45
- 第四章 低频零序环流抑制及零序环流调节器的选择45-58
- 4.1 引言45
- 4.2 低频零序环流的抑制45-48
- 4.3 不同零序调节器的作用48-54
- 4.3.1 P、PI、PR非饱和条件下的抑制作用48-50
- 4.3.2 P、PI、PR调节器的饱和特性50-54
- 4.4 基于准PR调节器的零序环流控制器54-58
- 4.4.1 准PR调节器54-56
- 4.4.2 准PR调节器的参数设计56-58
- 第五章 中点平衡与零序环流协调控制研究58-63
- 5.1 引言58
- 5.2 三电平逆变器中点平衡机理分析58-59
- 5.3 统一中点平衡控制法59-61
- 5.4 中点平衡与零序环流协调控制研究61-63
- 第六章 三电平逆变器并联系统实验研究63-78
- 6.1 实验平台系统结构简述63
- 6.2 硬件主电路63-68
- 6.2.1 二极管不可控整流桥模块64
- 6.2.2 直流侧电容的选取64
- 6.2.3 IGBT模块的选取64-65
- 6.2.4 IGBT驱动电路设计65-66
- 6.2.5 LCL滤波器的参数设计66-68
- 6.3 控制系统硬件设计68-71
- 6.3.1 采样电路68-69
- 6.3.2 保护电路69-71
- 6.4 软件流程及通讯71-72
- 6.4.1 DSP软件流程71-72
- 6.4.2 通讯界面72
- 6.5 实验结果与分析72-78
- 6.5.1 实验介绍72-73
- 6.5.2 通态零序环流和高频零序环流抑制实验73-78
- 第七章 总结与展望78-80
- 7.1 总结78-79
- 7.2 展望79-80
- 参考文献80-83
- 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况83
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