独立/并网双模式逆变器控制技术研究

论文摘要

新能源分布式发电系统需用到独立/并网双模式逆变器。本文研究独立/并网双模式逆变器的控制策略,包括进网电流控制和模式间切换过程控制策略。文中首先对电流控制型并网逆变器进行了研究,详细分析了其工作原理,采用了电网电压前馈补偿控制消除电网电压畸变对进网电流质量的影响,解决并网启动时直流输入电压过高的问题,并有效减小了控制系统稳态误差。制作了1kW电流控制型并网逆变器实验样机进行实验验证,实验结果表明该控制方案性能良好,运行稳定可靠,适合于工程化应用。针对高频谐波抑制问题,分析了LCL型滤波器,给出了设计原则和方法,仿真结果表明合理设计LCL型滤波器可以有效抑制高频谐波。其次,文中对双模式逆变器模式间切换过程进行了研究,给出了一套运行方式切换控制策略,从而可以实现逆变器运行模式的自由切换。该切换控制策略包含有孤岛检测算法和无缝切换算法两个关键控制算法。本文研究了主动式有功扰动与被动式检测相结合的孤岛检测方法,实验结果表明可有效消除孤岛检测盲区。研究的无缝切换算法通过合理控制并网开关时刻和控制器转换时刻,有效避免了模式转换过程中逆变器输出电压突变。最后,针对现有无缝切换算法中的缺点,文中提出了一种新的基于间接电流控制方法的独立/并网双模式逆变器控制策略,通过采用间接电流控制技术把并网运行时的电流控制转为电压控制,与独立控制模式的电压控制方式相结合,真正实现两个运行方式之间的无缝切换。针对间接电流控制技术对锁相环的精度要求,本文研究并设计了高精度的数字锁相环。仿真和实验验证了该间接电流控制策略可行,切换过程控制简单可靠,适合于独立/并网双模式逆变器。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 新能源发展现状
• 1.1.2 新能源分布式发电系统
• 1.1.3 孤岛发电运行
• 1.2 独立/并网双模式逆变器的研究现状
• 1.2.1 独立/并网双模式逆变器的要求及标准
• 1.2.2 独立/并网双模式逆变器的拓扑研究
• 1.2.3 独立/并网双模式逆变器控制方法研究
• 1.2.4 独立/并网双模式逆变器滤波方式
• 1.2.5 模式切换过程研究
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 1.3.1 本文的主要研究工作
• 1.3.2 本文的结构安排
• 第二章 电流控制型并网逆变器
• 2.1 单相桥式双极性SPWM 逆变器电路
• 2.2 直接电流控制并网方法
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 电网电压前馈补偿
• 2.2.3 直流电压闭环控制
• 2.3 仿真研究
• 2.3.1 仿真参数
• 2.3.2 仿真模型
• 2.3.3 结果与分析
• 2.4 实验研究
• 2.4.1 功率电路设计
• 2.4.2 控制电路设计
• 2.4.3 软件设计
• 2.4.4 实验结果与分析
• 2.5 LCL 型输出滤波器的分析与设计
• 2.5.1 滤波器模型分析
• 2.5.2 LCL 型滤波器的设计原则
• 2.5.3 LCL 型滤波器设计
• 2.5.4 仿真研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 发电运行方式切换过程研究
• 3.1 发电运行方式切换控制策略
• 3.2 孤岛检测算法
• 3.2.1 孤岛检测盲区
• 3.2.2 主动式孤岛检测方法
• 3.3 主动有功功率扰动法研究
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 参数设计
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 无缝切换控制策略
• 3.4.1 切换过程中的电压突变原因
• 3.4.2 双向开关的选择
• 3.4.3 无缝切换控制算法
• 3.4.4 存在的问题
• 3.5 本章小结
• 第四章 电压控制型并网逆变器
• 4.1 系统结构和原理
• 4.2 控制原理
• 4.2.1 间接电流控制原理
• 4.2.2 双工作模式间的无缝切换
• 4.3 系统设计考虑
• 4.3.1 并网接入电感
• 4.3.2 数字锁相环
• 4.3.3 直流偏磁的抑制
• 4.3.4 实验结果
• 4.4 仿真与实验研究
• 4.4.1 仿真与分析
• 4.4.2 实验与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表学术论文