微电网中多逆变器协调控制的研究

论文摘要

微电网由于其巨大的环境效益、社会效益和经济效益而越来越受到各国的重视,逆变器作为分布式电源与微电网的接口装置,在微电网系统中起着至关重要的作用,其中如何实现多台逆变器并联组网,并且能够灵活地在并网与孤岛状态之间进行切换,是逆变器控制技术研究的难点,也是微电网安全可靠运行的关键。本文以微电网中的并联逆变器为主要研究对象,全文主要内容如下：首先,针对微电网中负荷的不平衡特性,提出传统三相三线制逆变器拓扑结构不再适用于微电网的稳定运行,通过分析对比,选择一种三相四桥臂逆变器拓扑结构,解决不平衡负载时的输出电压不平衡的问题。然后根据微电网稳定运行对逆变器的要求,指出传统分布式电源控制技术不适用于微电网的稳定运行,并且比较了当前微电网中逆变器的几种控制方案,指出其优缺点,并在下垂控制的基础上提出了一种适用于微电网稳定运行的分级控制策略,使得系统在平衡与不平衡负载的情况下都能够实现负载功率合理分配。同时分级控制策略使得逆变电源既可以在微电网孤岛模式下实现u/f控制,具有提供电压和频率参考和实现负荷功率的合理分配的功能,又可以在联网模式下实现PQ控制,根据功率调度指令输出有功功率和无功功率,并且分级控制策略在微电网两种运行模式下,使其内的逆变电源均采用电压控制方式,更有利于实现双模式间的平稳切换。其次,对分级控制策略中内环三相四桥臂逆变器的解耦控制策略进行了分析,搭建了逆变系统硬件平台,并进行逆变系统的软件设计,通过实验对解耦控制策略进行验证,实验结果表明在负载平衡与不平衡的条件下逆变系统都能输出平衡的三相电压,证明了解耦控制策略的正确性。最后,为了确保关键负载的不间断供电,针对双模式切换过程,提出了一种独立／并网双模式切换的控制策略,通过MATLAB中的SIMULINK搭建了微电网中并联逆变器协调控制系统的仿真模型,并且对微电网中并联逆变器的独立／并网双模式切换过程进行仿真分析,仿真结果验证了本文提出的分级控制和模式切换控制策略的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 微电网的提出
• 1.1.2 微电网的基本结构
• 1.1.3 国外微电网研究发展现状
• 1.1.4 微电网在中国的研究发展现状
• 1.2 逆变器的研究发展现状
• 1.2.1 并网逆变器的拓扑结构
• 1.2.2 并网逆变器控制方法介绍
• 1.3 论文研究意义
• 1.4 本文工作
• 第2章 微电网中逆变器拓扑结构和控制策略
• 2.1 微电网中逆变器并联的结构及原理
• 2.2 适用于微电网的三相逆变器拓扑结构
• 2.2.1 分裂电容式逆变器
• 2.2.2 组合式三相逆变器
• 2.2.3 中点形成变压器（NFT）式三相逆变器
• 2.2.4 △/Y变压器的逆变器
• 2.2.5 三相四桥臂逆变器
• 2.3 传统的分布式发电控制技术不适用于微电网
• 2.4 现有微电网中逆变器控制策略
• 2.4.1 基于下垂特性的多环控制策略
• 2.4.2 混合控制策略
• 2.4.3 根据运行模式逆变器采用不同的控制策略
• 2.5 适用于微电网的逆变器控制策略
• 2.5.1 并联逆变器功率传输特性
• 2.5.2 传统下垂控制策略
• 2.5.3 分级控制策略
• 2.6 本章小结
• 第3章 三相四桥臂逆变器控制系统硬件设计
• 3.1 逆变器的主电路
• 3.1.1 直流侧电容的选择
• 3.1.2 IGBT器件的选择
• 3.1.3 交流侧电力滤波器的设计
• 3.2 驱动板的选取和应用
• 3.3 控制电路的设计
• 3.3.1 DSP的最小系统
• 3.3.2 通讯电路设计
• 3.3.3 检测电路的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 三相四桥臂逆变器解耦控制策略及软件实现
• 4.1 三相四桥臂逆变器的解耦控制策略
• 4.1.1 解耦控制理论分析
• 4.1.2 控制参数的选择
• 4.1.3 单相逆变器的电压电流双闭环控制分析
• 4.1.4 三相四桥臂逆变器解耦控制仿真模型
• 4.1.5 三相四桥臂逆变器仿真结果及分析
• 4.2 逆变器控制系统软件设计
• 4.2.1 EVA定时器下溢中断模块
• 4.2.2 A/D中断模块
• 4.2.3 数字低通滤波器
• 4.2.4 A/D的软件调试与校正
• 4.2.5 判断模块
• 4.2.6 数字PID
• 4.2.7 控制模块
• 4.3 实验平台
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 平衡负载下的试验结果分析
• 4.4.2 不平衡负载下的试验结果分析
• 4.4.3 SPWM波形分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 微电网中多逆变器协调控制系统设计
• 5.1 分级控制器设计
• 5.1.1 第一级控制设计
• 5.1.2 第二级控制设计
• 5.1.3 第三级控制设计
• 5.1.4 同步环设计
• 5.2 独立/并网双模式的无缝切换过程研究
• 5.2.1 孤岛检测算法
• 5.2.2 无缝切换控制算法
• 5.3 系统仿真
• 5.3.1 系统仿真模型
• 5.3.2 仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢