储能变流器并网电流环控制与离网发电应用研究

发布时间：2017-12-25 17:23

  本文关键词：储能变流器并网电流环控制与离网发电应用研究　出处：《东南大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：储能既可作为发电单元又可作为负荷单元,对可再生能源发电消纳、电力"削峰填谷"、电动汽车以及微电网的建设等发挥举足轻重的作用,并构成未来智能电网的重要组成部分。本文以低压模块化PCS为研究对象,重点围绕多电平VSC的矢量调制与电压平衡、PCS并网模式电流环的控制以及PCS离网电压源输出系统控制展开研究,主要内容如下:1)介绍了全球可再生能源的发展现状,明确了我国新能源的现状以及对大规模储能的应用需求,分别从储能方式以及PCS拓扑两方面介绍了大规模储能的应用现状与发展趋势,并进一步总结了大容量PCS控制系统的难点与关键技术。2)鉴于多电平VSC在大功率模块化并联PCS应用存在的巨大优势,针对多电平VSC的SVM电压平衡展开研究,首先从两电平入手介绍了 SVM的基本原理与实现方法,并将该方法引入三电平VSC,介绍了冗余小矢量互补NTV-SVM与VSVM两种均压算法的原理与实现。进一步,拓展到5L-DCC并分析其SVM电压平衡,分别讨论了目标函数优化的NTV-SVM、VDSVM-H1、OVDSVM-H1以及IVDSVM电压平衡算法,实现了 5L-DCC在全功率因数范围的电压平衡,并且在过调制情况下系统依然稳定运行。3)针对电网电压平衡条件下PCS并网电流环的控制,首先分析了电流环PS-SRF交叉耦合项的影响,介绍了两种解耦方法并探讨了滤波器参数对解耦效果的影响。其次,讨论了数字控制一拍延时对电流环解耦效果与系统稳定性的影响,分别针对状态反馈解耦PI与cPI控制器分析了其延时补偿策略。再次,讨论了控制器参数设计方法,明确了临界阻尼控制器增益在调节时间与超调量方面的优势。此外,分析了状态反馈解耦PI与cPI控制器的电网电压扰动抑制能力,分析了电网电压前馈以及有源阻尼对提高系统抗扰动能力的有效性。4)针对电网不平衡与畸变条件下PCS并网电流环的控制,首先介绍了瞬时功率计算以及参考电流给定方法。其次,分析了基于状态反馈解耦PI与cPI控制器的DSRFC解耦有效性,以及两者对输出滤波器参数的敏感性。再次,讨论了 RCs与PS-SRF-PI/cPI控制器的暂态响应,进一步明确了两者的内在联系与区别。此外,分析了 RCs调节系统的最佳稳定判据,并分析了闭环奇异点产生的原因,讨论了基于RCs电流环的延时补偿策略及有效性。最后,介绍了离散域控制器的设计,分析了 PS-SRF-DcPI、DVPI控制器的优势,并讨论了延时补偿与闭环死区补偿方法。5)针对PCS工作于离网模式的输出电压源控制,首先建立了系统在离散域的矢量模型,并以输出电压有效值闭环控制方式入手,阐述了离网模式对PCS控制系统的要求。其次,详细讨论了电压瞬时值单闭环控制存在的局限性,明确了虚拟阻尼对抑制系统谐振的必要性。再次,探讨了双闭环控制结构电流内环最优增益设计准则,并以获得最大稳定性以及提高阻尼为目标,提出了内环最优增益设计方法。此外,以被控对象最优阻尼改造为考察对象,进一步明确了电流内环的本质及其与被控对象阻尼的内在联系。最后,详细讨论了离散域电压控制器的设计,以基波正序电压控制入手,介绍了 PS-SRF电压控制器的延时补偿与临界阻尼增益设计方法,并进一步得到静止坐标系DVPI-LC控制器,避免了坐标变换并通过将DVPI-LC推广都各次谐波分量,实现了对负序以及各频次电压的无静差调节。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM46
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本文编号：1333755