基于虚拟磁链直接功率控制的并网逆变器的研究

论文摘要

随着能源短缺问题的日益突显,新能源与再生制动能量的利用成为人们的关注的焦点。并网逆变器因此在新能源发电及再生制动能量回馈领域得到广泛的应用。但是,目前应用的并网逆变器大多存在着逆变电流谐波污染大、功率因数低,抗干扰能力差,所需传感器数量较多等缺点。本文将基于虚拟磁链（Virtual Flux, VF）的直接功率控制（Direct Power Control, DPC）策略应用到并网逆变器中,并提出了虚拟磁链观测器的改进方法,解决传统方法存在的问题,在省去交流电压传感器的后,能保证系统的可靠高效运行。首先,本文分析三相电压型并网逆变器的拓扑结构及其工作原理,建立并网逆变器系统在三相静止坐标系,两相静止坐标系及两相旋转坐标系下的数学模型,为深入分析并网逆变器的直接功率控制策略奠定了理论基础。其次,在并网逆变器中引入虚拟磁链的概念,用于无交流电压传感器的瞬时功率计算。为解决因初始值选取不当造成的观测结果存在直流偏差等问题,本文设计了改进虚拟磁链（Improved Virtual Flux, IVF）观测器,进一步改善了系统控制性能,并在Matlab/Simulink仿真环境下对所提出改进方法进行仿真验证。在此基础上,本文研究了并网逆变器系统的滞环和定频两种SVPWM调制方式的原理,给出了两种调制方式的电压矢量的选取方法,分析了滞环SVPWM调制中的功率滞环宽度与开关频率的关系,分别建立了采用两种调制方式的IVF-DPC并网逆变器系统仿真模型,对其控制性能进行对比分析。最后,采用以数字信号处理器TMS320F2812为控制单元,搭建了定频SVPWM调制的IVF-DPC并网逆变器系统实验平台。通过实验研究验证了本文所提出的并网逆变器及其控制方法的正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的、背景及意义
• 1.2 并网逆变技术的国内外研究现状
• 1.2.1 电能变换与功率环节控制
• 1.2.2 并网逆变器的控制策略
• 1.2.3 并网逆变器的控制系统实现
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 三相并网逆变器拓扑结构与系统模型
• 2.1 引言
• 2.2 并网逆变器拓扑结构及原理分析
• 2.3 并网逆变器换流方式分析
• 2.4 并网逆变器的系统数学模型
• 2.4.1 坐标变换原理
• 2.4.2 三相静止坐标系下三相电压型并网逆变器系统数学模型
• 2.4.3 两相静止坐标系下三相电压型并网逆变器系统数学模型
• 2.4.4 两相旋转坐标系下三相电压型并网逆变器系统数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于虚拟磁链的直接功率控制策略的研究
• 3.1 引言
• 3.2 直接功率控制策略的原理分析
• 3.3 基于虚拟磁链的并网逆变器的直接功率控制策略的研究
• 3.3.1 虚拟磁链的引入
• 3.3.2 基于虚拟磁链的瞬时功率计算
• 3.3.3 虚拟磁链观测器的改进
• 3.3.4 IVF-DPC系统的SVPWM调制方法的研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于IVF-DPC并网逆变器系统的仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 改进虚拟磁链观测器的仿真分析
• 4.3 滞环SVPWM调制的并网逆变器系统的仿真研究
• 4.4 定频SVPWM调制的并网逆变器系统的仿真研究
• 4.5 采用两种SVPWM调制方法的并网逆变器的性能比较
• 4.5.1 滞环SVPWM调制的DPC系统开关频率分析
• 4.5.2 系统性能对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统实现与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于IVF-DPC的并网逆变器系统硬件设计
• 5.2.1 控制电路设计
• 5.2.2 功率电路设计
• 5.2.3 逆变电流采样电路设计
• 5.2.4 直流母线电压检测电路设计
• 5.3 系统软件设计
• 5.4 系统实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢