三电平光伏并网逆变器的控制策略研究

论文摘要

随着全球能源危机和环境污染的日益严重,太阳能的开发和利用受到世界各国的普遍关注。光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势,必将得到快速的发展。在此背景下,本文对光伏并网逆变器的拓扑结构和并网控制方案进行了重点研究。传统的两电平并网逆变器开关损耗大,直流电压利用低,输出电流谐波高,无法实现高压高质量的并网要求。本文采用了三电平NPC光伏并网逆变主电路,分析了其工作原理,着重研究了空间矢量PWM调制方法。针对三电平逆变器直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,本文采用了一种只需检测各相电流和中点电压波动的方向,动态调整正负小矢量作用时间实现中点电位平衡控制方法。仿真结果验证了方法的有效性。建立了三电平并网逆变器在静止ABC坐标系下的数学模型,通过坐标变换,推导了同步旋转dq坐标系下的数学模型。为了实现并网电流的跟踪控制,本文在旋转dq坐标系下提出了电流重复预测无差拍控制方案。构造状态观测器,对逆变器下一拍输出电流进行预报,补偿数字控制系统存在时间上的延时;同时,构造重复预测观测器,对下一时刻指令电流进行预测,在相同的采样频率下提供更为精确的并网电流预测值。整个方案消除了延时对控制系统的影响,实现无静差跟踪指令电流,动态响应快,降低了并网输出电流畸变率,改善了系统的控制性能。仿真结果表明了该方案的有效性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景与意义
• 1.2 太阳能光伏发电的研究现状
• 1.2.1 国外光伏发电技术的现状
• 1.2.2 我国光伏发电技术的现状
• 1.3 光伏发电系统概述
• 1.4 光伏并网发电系统常见问题
• 1.4.1 光伏功率点跟踪控制方法
• 1.4.2 孤岛效应
• 1.4.3 光伏并网发电系统新型拓扑
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 光伏阵列模块特性与最大功率点跟踪
• 2.1 太阳能电池
• 2.1.1 太阳能光伏电池的基本原理
• 2.1.2 太阳能光伏电池理想数学模型
• 2.1.3 太阳能光伏电池的特性曲线
• 2.2 最大功率点跟踪的理论基础
• 2.3 常见的最大功率点跟踪方法
• 2.4 MPPT控制方案设计与实现
• 2.4.1 DC/DC电路拓扑的选取
• 2.4.2 Boost电路的工作原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 三电平逆变器的工作原理与数学模型
• 3.1 三电平NPC逆变器
• 3.1.1 拓扑结构
• 3.1.2 工作状态
• 3.1.3 工作状态间的转换
• 3.2 三电平NPC逆变器SVPWM
• 3.2.1 电压空间矢量
• 3.2.2 作用时间
• 3.2.3 开关顺序
• 3.3 中点电位平衡控制
• 3.3.1 中点电压不平衡的危害
• 3.3.2 中点电压不平衡分析
• 3.3.3 中点电压平衡的算法
• 3.4 三电平光伏并网逆变器数学模型
• 3.4.1 系统主电路结构设计
• 3.4.2 三电平光伏逆变器数学模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 三电平光伏并网逆变器控制策略研究
• 4.1 并网逆变器的控制目标与原理
• 4.1.1 并网逆变器的控制目标
• 4.1.2 并网逆变器的原理
• 4.2 并网逆变器控制方法
• 4.2.1 输出电流控制方法
• 4.2.2 光伏并网逆变的数字控制
• 4.3 并网逆变器电流重复预测无差拍控制
• 4.3.1 控制系统结构框图
• 4.3.2 无差拍控制原理
• 4.3.3 电流重复预测观测器
• 4.3.4 状态观测器
• 4.4 本章小结
• 第五章 光伏并网发电系统的仿真研究
• 5.1 最大功率点跟踪的仿真研究
• 5.2 并网逆变控制策略的仿真研究
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文