蓄电池回馈放电并网逆变技术研究

论文摘要

蓄电池放电试验是检测蓄电池容量、处理极板活性物质凝结、极板钝化以及防止蓄电池早期失效的一种必要手段,目前主要有电阻箱放电和相控有源逆变放电两种方式,但前者浪费能源、动态响应差,后者对电网的谐波污染大、可靠性低,均不能满足相关要求。针对这些缺点并以实际项目研究为背景,研究一种新的放电装置,并对后级并网逆变技术作深入研究。在介绍课题研究背景及意义、阐述课题相关应用场合以及主要研究内容的基础上,确定采用三相全桥式逆变电路作为系统的主电路,并在输出侧设置LCL滤波环节;对LCL滤波器进行分析并建立其传递函数,在此基础上分别建立了主电路在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,采用在两相旋转dq坐标系下电压、电流双环控制方案,解决了电压、电流的耦合问题。根据系统性能指标要求,对控制系统内、外环分别作Ⅰ型和Ⅱ型系统设计,用于指导PI参数计算;基于瞬时无功功率理论,设计了软件锁相方法,该方法不仅锁相效果好,而且可以减弱电网电压畸变对锁相回路的影响;分析了开关死区和母线电压对并网电流的影响,据此作为选取死区时间和母线电压大小的依据;采用固定开关频率的电压空间矢量控制技术,对其算法做深入分析,搭建了其在Simulink环境下的仿真模型。针对并网逆变器中普遍存在的孤岛效应进行深入研究,确定采用主、被动相结合的孤岛防护策略,其中主动法采用将幅值和频率都很低的扰动电流注入q轴控制器的方式。该方法基本不对并网电流质量产生影响,检测盲区小,能有效并迅速的检测孤岛现象的发生。最后根据以上研究工作建立了系统级的仿真模型,对锁相环、控制算法和孤岛检测做了详细的仿真研究;在此基础上根据系统性能要求计算相关参数并设计一台试验样机,通过实验与仿真进行对比,验证理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 三相并网逆变器拓扑结构
• 1.3 逆变电路的PWM 控制方式
• 1.4 能量回馈系统的应用场合
• 1.4.1 分布式发电领域
• 1.4.2 能量回馈式模拟负载
• 1.4.3 电机制动能量回馈
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 三相并网逆变器主电路模型的建立
• 2.1 系统总体控制方案
• 2.1.1 主电路拓扑结构
• 2.1.2 系统控制方案
• 2.2 LCL 滤波器分析
• 2.3 主电路在三相abc 坐标系下的数学模型
• 2.4 主电路在dq 坐标系下的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 三相并网逆变器控制系统设计
• 3.1 三相并网逆变器电流控制方法分析
• 3.2 系统控制器设计
• 3.2.1 电流内环的设计
• 3.2.2 电压外环的设计
• 3.3 锁相环设计
• 3.3.1 瞬时无功功率理论锁相原理
• 3.3.2 瞬时无功功率理论锁相的Simulink 仿真分析
• 3.4 影响并网电流控制效果的因素分析
• 3.4.1 开关死区的影响分析
• 3.4.2 直流母线电压对并网电流的影响
• 3.5 电压空间矢量控制算法仿真实现
• 3.5.1 SVPWM 控制算法实现
• 3.5.2 SVPWM 的Simulink 仿真实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 三相并网逆变器孤岛效应研究
• 4.1 孤岛效应概述
• 4.1.1 孤岛的定义
• 4.1.2 孤岛效应的危害性
• 4.1.3 孤岛效应的检测标准
• 4.2 孤岛检测方法分析
• 4.2.1 被动式孤岛检测方法
• 4.2.2 主动式检测方法
• 4.3 电流注入式孤岛检测方法
• 4.3.1 扰动电流信号注入d 轴控制器
• 4.3.2 扰动电流信号注入q 轴控制器
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统仿真及实验波形
• 5.1 实验参数设计
• 5.1.1 直流母线电压选择
• 5.1.2 直流母线电容的选择
• 5.1.3 LCL 滤波参数设计
• 5.2 系统仿真分析
• 5.3 实验波形分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢