考虑电网不对称及谐波的并网逆变系统控制技术研究-电气工程专业毕业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TM464 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON CONTROL TECHNOLOGIES OF GRID-CONNECTED INVERTER UNDER UNBALANCE AND HARMONICS CONDITION Candidate： Zhang, Lujie Supervisor： Associate Prof. Wu, Fengjiang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Electrical Engineering Affiliation： School of Electrical Engineering and Automation Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 摘 要 作为解决全球范围内能源紧缺与环境日益恶化的有效途径，分布式可再生能 源并网逆变技术获得广泛关注。在实际公共电网中，普遍存在谐波与不对称等问 题，导致并网逆变系统的输出电流波形质量下降，进而会向公共电网注入谐波干 扰甚至进一步加剧电网的不对称。随着接入公共电网的并网逆变系统的规模不断 增大，上述影响将越发显著。因此，并网逆变系统在接入具有非理想特性的公共 电网时如何实现高性能并网电流的波形控制，进而降低对公共电网的影响成为当 前热门的研究课题。本文通过提出新型锁相环技术以及先进的并网电流控制策略， 以期实现上述目标，在推进可再生能源并网发电系统的规模化利用方面提供技术 支撑。 首先，本文建立了理想电网电压条件下以及考虑包含低次谐波和电网不对称 两种非理想条件下的三相并网逆变系统的数学模型。根据叠加定理，将低次谐波 与负序分量看作扰动分量，因此滤除谐波分量与单独控制正负序分量即为系统需 要达到的控制目标。分析了上述非理想电网条件对传统三相增强型锁相环(3-phase Enhanced Phase Locked Loop-3EPLL)与基于矢量控制技术的电流控制策略的影响 并进行了仿真验证。证明了无论是传统锁相环以及电流控制策略均无法在两种非 理想情况下达到预期目标的结论。以上分析，为之后提出高性能的控制策略打下 了理论基础。 其次 ， 根据 传统 3EPLL 存在的 问题 ， 本文 提出 一种 基于信 号 延时相消 (Delayed-Signal Cancellation-DSC)的两相静止坐标系下三相增强型锁相环，利用成 本函数与梯度下降法，得到锁相环各部分的微分方程，根据微分方程设计整体结 构框图，给出稳定性分析与参数设计方法。进一步，为了消除网侧不对称，谐波 以及直流偏移对锁相环性能的影响，在所提出的新型锁相环中加入 DSC 模块，并 给出了详细的原理分析与设计过程。所提出的锁相环与传统 3EPLL 相比，在减少 了计算量的同时，还具有能够消除上述非理想特性对锁相性能的影响等优点。在 MATLAB/SIMULINK 软件下对所提出的锁相环进行了详细的仿真研究，验证了上 述分析，并且所提出的锁相环具有良好的动态响应。 再次，本文提出了基于 Goertzel 滤波器的双旋转坐标系下的并网电流矢量控 制策略，同时消除公共电网谐波与电网不对称对并网电流的影响。分析了基于 1/4 电网周期延迟解耦+双旋转坐标系下 PI 控制器的电流控制策略消除电网负序分量 的原理以及电网低次谐波对其影响。结果表明，正负序电流分量上只含有 4n 次周 期扰动。利用该特性，在正负坐标系的 PI 控制器之前均加入 Goertzel 滤波器，通 -I- 过合理选择其滤波系数，消除电网谐波对并网电流的影响。在 MATLAB/SIMULINK 软件环境下搭建了仿真模型，并进行了详细的仿真研究。 最后，搭建了基于 DSP TMS320F28335 控制核心的三相并网系统的实验平台， 对逆变器系统软硬件进行了详细的设计，给出了相关的硬件电路及关键元器件的 选取原则，编写了相应的软件程序并给出了详细的软件流程。在上述实验平台的 基础上，对所提出的锁相环算法和并网电流控制策略在非理想电网条件下进行了 详细的实验研究。实验结果表明，所提出的并网逆变系统在电网包含上述非理想 特性的情况下仍然实现了电网信息的准确估计以及并网电流的高性能控制，并具 有良好的动态响应，证明了所提出的上述算法的正确性和可行性。 关键词：并网逆变系统；锁相环；电流控制策略；谐波；不对称 -II-