發(fā)布時間：2018-01-28 05:16

  本文關鍵詞： 光伏并網逆變器 輸出波形治理 穿越 并聯(lián) 三相四橋臂 重復控制 非線性負載　出處：《武漢大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：太陽能的光電轉換應用(光伏發(fā)電技術)相較于目前主流的化石能源、核能、風能、水能和生物質能發(fā)電技術所具有的綠色清潔、安全可靠、不受地理位置限制、不破壞生態(tài)環(huán)境、不占用土地糧食資源等優(yōu)勢使其成為人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的希望。 光伏并網逆變器作為將光伏電池直流電轉換為交流電并輸入電網這一能量轉換與控制過程中的核心設備,影響和決定著整個光伏并網系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、可靠、高效、使用壽命和成本。 由于近年來光伏并網發(fā)電在全球范圍內的快速發(fā)展以及我國對其民用化的大力推動,本文選擇從單相電壓源型橋式光伏并網逆變器出發(fā),對其非線性負載條件下的輸出波形治理、電網電壓突變時的高低電壓穿越、無互聯(lián)線的并聯(lián)這三個關鍵技術進行了深入研究,并在此基礎上進一步對近年來發(fā)展迅速、有潛力成為未來三相光伏并網逆變器主流拓撲的三相四橋臂逆變器控制技術進行了深入研究。 本文從光伏并網逆變器輸出側展開,對其輸出波形治理進行研究。在分析直流注入問題產生原因和現(xiàn)有治理方法的基礎上,提出了一種含有預置環(huán)節(jié)的直流分量瞬時算法,能夠以載波周期為單位對直流分量進行計算,并基于該算法提出了一種改進重復控制、PI控制相結合的光伏并網逆變器直流注入瞬時抑制策略,能夠有效抑制由于各種原因,包括非線性負載導致的直流分量。并以該策略為基礎,建立雙重復控制環(huán),與PI控制、跟蹤控制相結合實現(xiàn)了對由非線性負載導致的光伏并網逆變器直流分量、諧波注入的統(tǒng)一補償。通過構造半波負載和不控整流負載兩種典型非線性負載進行實驗,驗證了策略的可行性和有效性。 本文將研究內容延伸至光伏并網逆變器電網側,對其高、低壓穿越技術進行研究。在分析我國對光伏并網電源穿越要求的基礎上,提出了一種適用于民用單相光伏并網逆變器的控制策略,同時具備高、低電壓穿越能力,能夠按需動態(tài)調節(jié)有功輸出及無功補償。通過引入一種瞬時預測算法實現(xiàn)對電網電壓幅值的瞬時跟蹤,通過引入電壓前饋控制有效抑制由于電網電壓突變引起的并網電流突變；通過對逆變器有功輸出及無功補償的控制分析,闡述了策略中Crowbar電路應用的必要性。通過模擬電網電壓突變進行實驗,驗證了策略的可行性和有效性。 考慮到光伏電源向大功率、分布式供電模式發(fā)展的趨勢,本文對光伏并網逆變器的無互聯(lián)線并聯(lián)技術進行研究�；�于對傳統(tǒng)PQ下垂法和逆變器并聯(lián)控制條件的分析,鑒于并網逆變器的特殊性,提出了一種基于改進電壓控制的光伏并網逆變器無互聯(lián)線并聯(lián)控制策略,建立改進電壓控制方程,通過“電壓-電流”雙環(huán)控制結構實現(xiàn)了無互聯(lián)線并聯(lián)控制。分析了各逆變器與電網間連線阻抗差異對無互聯(lián)線并聯(lián)的不良影響,通過引入虛擬阻抗對策略進行進一步改進。通過模擬系統(tǒng)負載突變和連線阻抗差異進行實驗,驗證了策略的可行性和有效性。同時結合對光伏并網逆變器輸出波形治理的研究成果進行逆變器并聯(lián)系統(tǒng)直流環(huán)流抑制實驗,實現(xiàn)了對直流環(huán)流的有效抑制。 本文針對不平衡負載和非線性負載日益增多的現(xiàn)狀,對近年來發(fā)展迅速、有潛力成為未來三相光伏并網逆變器主流拓撲的三相四橋臂逆變器控制技術進行研究。分析了三相四橋臂逆變器的不平衡負載抑制機理,比較了3D SVM在abc坐標系下和αβγ坐標系下的控制原理,剔除了基于abc坐標系3D SVM中的十二個無效四面體,并基于dq0坐標系結合重復控制和PI控制,實現(xiàn)了不平衡負載和非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器三相電壓對稱輸出,并有效抑制了其中的直流分量、諧波。結合本文對光伏并網逆變器輸出波形治理的研究成果,通過構造不平衡負載和非線性負載進行實驗,驗證了策略的可行性和有效性。
[Abstract]:The photoelectric conversion application of solar energy ( photovoltaic power generation technology ) is better than that of current mainstream fossil energy , nuclear energy , wind energy , water energy and biomass energy power generation technology , is safe and reliable , is not limited by geographical position , does not destroy the ecological environment , does not occupy the advantage of land grain resources , and the like , and makes it a hope for mankind to realize sustainable development . The photovoltaic grid - connected inverter is used as the core equipment in the energy conversion and control process of converting the direct current of the photovoltaic cell into alternating current and inputting the power grid , which influences and determines the stability , safety , reliability , efficiency , service life and cost of the whole photovoltaic grid - connected system . Due to the rapid development of photovoltaic grid - connected photovoltaic power generation in recent years and the vigorous promotion of China ' s civil service , this paper studies the three key technologies of output waveform control , high - low voltage crossing and no - interconnection line under nonlinear load conditions from single - phase voltage source bridge photovoltaic grid - connected inverter , and further studies the control technology of three - phase four - bridge arm inverter with rapid development and potential in the mainstream topology of three - phase photovoltaic grid - connected inverter . This paper studies the output waveform of photovoltaic grid - connected inverter . On the basis of analyzing the cause of DC injection problem and the existing control method , a transient suppression strategy for direct current component of PV grid - connected inverter with preset link is proposed . Based on this algorithm , a new DC injection transient suppression strategy for photovoltaic grid - connected inverter is proposed , which can effectively suppress the DC component and harmonic injection of PV grid - connected inverter caused by nonlinear load . This paper extends the research content to the grid side of photovoltaic grid - connected inverter , and studies its high and low voltage ride - through technology . Based on the analysis of the demand for power supply crossing of PV grid - connected inverter , this paper puts forward a control strategy suitable for civil single - phase photovoltaic grid - connected inverter . It also has high and low voltage ride - through ability , and can dynamically adjust active output and reactive power compensation according to the demand . By introducing a transient prediction algorithm , the necessity of application of Crowbar circuit in the strategy is expounded . Through experiments on the active output and reactive power compensation of the inverter , the feasibility and effectiveness of the strategy are verified . In consideration of the trend of the development of photovoltaic power supply to high power and distributed power supply mode , this paper studies the non - interconnection line parallel technology of PV grid - connected inverter . Based on the analysis of the traditional PQ droop method and the parallel control condition of inverter , this paper presents an improved voltage control equation . This paper studies the control technology of three - phase four - bridge - arm inverter based on unbalanced load and nonlinear load , and analyzes the unbalanced load rejection mechanism of three - phase four - bridge arm inverter , compares the three - phase four - bridge arm inverter three - phase voltage symmetrical output based on the dq0 coordinate system , and realizes the three - phase four - bridge arm inverter three - phase voltage symmetrical output based on the dq0 coordinate system .

【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM464;TM615

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本文編號：1469869