分布式發(fā)電中三相三電平并網(wǎng)逆變器的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、分布式發(fā)電以其發(fā)電方式靈活、能源利用率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)成為近年來(lái)發(fā)展較快的一種供電模式。并網(wǎng)逆變器作為分布式發(fā)電連接電網(wǎng)的接口，在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和燃料電池發(fā)電等分布式發(fā)電中具有重要的作用，甚至在一定程度上決定了分布式發(fā)電所能提供的電能質(zhì)量。分布式發(fā)電并網(wǎng)逆變器所接入的電網(wǎng)通常都是相對(duì)較弱的配電網(wǎng)，容易受負(fù)載的影響而發(fā)生畸變，也可能因短路等故障而產(chǎn)生三相不平衡現(xiàn)象。多電平逆變器不通過(guò)器件的直接串聯(lián)提高了交流器的電壓，隨著分布式發(fā)電

2、功率等級(jí)的提高，多電平逆變器有望在分布式發(fā)電中得到廣泛應(yīng)用。在分布式發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，孤島檢測(cè)、低電壓穿越、有功功率和無(wú)功功率的控制都涉及并網(wǎng)逆變器的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):鎖相技術(shù)和并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)。所以本文主要選擇電網(wǎng)諧波和不平衡條件下的鎖相方法、中點(diǎn)鉗位型三電平并網(wǎng)逆變器的控制方法作為重點(diǎn)內(nèi)容開(kāi)展研究。
　　針對(duì)小功率分布式發(fā)電通常接入的單相電網(wǎng)，本文比較了幾種典型的單相電網(wǎng)鎖相方法，深入分析了其在理論上或?qū)嵱弥械膬?yōu)點(diǎn)和不足，

3、評(píng)估了在電網(wǎng)諧波情況下的性能，然后在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的單相畸變電網(wǎng)鎖相方法，改進(jìn)方法的核心部分是一個(gè)由主模塊和多個(gè)諧波模塊組成的交錯(cuò)耦合反饋結(jié)構(gòu)，其中主模塊是依據(jù)梯度下降法來(lái)估測(cè)基波幅值頻率的鎖相環(huán)，諧波模塊是簡(jiǎn)單的二階陷波濾波器。主模塊作為主要的功能模塊來(lái)估測(cè)輸入信號(hào)中的基波分量，諧波模塊配置在諧波頻率處將得到的諧波分量反饋回輸入信號(hào)。改進(jìn)的方法易于實(shí)現(xiàn)，不但在電壓信號(hào)嚴(yán)重畸變時(shí)具有較高的鎖相精度，而且在電壓信號(hào)發(fā)生突變時(shí)還具有

4、較快的響應(yīng)速度。
　　針對(duì)三相不平衡電網(wǎng)，本文介紹了三相不平衡電網(wǎng)的一些常用鎖相算法，分析了這些算法的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于靜止坐標(biāo)系下直接梯度下降法的鎖相環(huán)。該鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要將電網(wǎng)電壓變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，在靜止坐標(biāo)系下通過(guò)數(shù)值算法求解根據(jù)梯度下降原理得到的非線性方程組，直接估測(cè)出正負(fù)序分量的幅值、相位和頻率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)估了該鎖相方法的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法對(duì)對(duì)輸入電壓的噪聲不敏感，在三相電壓不

5、平衡時(shí)穩(wěn)態(tài)精度高，在電網(wǎng)發(fā)生不平衡故障時(shí)，響應(yīng)速度快，即使電網(wǎng)電壓在故障后相位、幅值和頻率均有大幅跳變，也基本能在兩個(gè)工頻周期以?xún)?nèi)完成鎖相。
　　針對(duì)三電平并網(wǎng)逆變器的控制策略，本文提出了一種有限集最優(yōu)預(yù)測(cè)(FiniteSetOptimalPredictive，F(xiàn)SOP)控制方法，該方法將27個(gè)開(kāi)關(guān)矢量看成一個(gè)有限集，然后在此有限集中搜索使罰函數(shù)最小的開(kāi)關(guān)矢量，其中罰函數(shù)是由輸出電流誤差、中點(diǎn)不平衡電壓和器件開(kāi)關(guān)次數(shù)組成的加權(quán)和。

6、本文詳細(xì)推導(dǎo)了中點(diǎn)鉗位型三電平并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)空間模型，并給出了FSOP控制方法的設(shè)計(jì)步驟和程序流程圖，最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)評(píng)估了FSOP控制方法的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)方法相比，F(xiàn)SOP控制方法跟蹤參考電流和平衡中點(diǎn)電壓的速度快，平均開(kāi)關(guān)頻率低，對(duì)電網(wǎng)諧波擾動(dòng)不敏感，對(duì)模型參數(shù)具有一定的魯棒性，通過(guò)調(diào)整罰函數(shù)中的加權(quán)系數(shù)，該方法還可以非常靈活方便的優(yōu)化并網(wǎng)逆變器的綜合性能。
　　針對(duì)三電平并網(wǎng)逆變器的工程實(shí)踐問(wèn)題，本文提出了一

7、種適用于多電平并網(wǎng)逆變器的高效仿真方法。多電平逆變器的控制方法復(fù)雜，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還在不斷發(fā)展，在對(duì)多電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制算法沒(méi)有準(zhǔn)確掌握的基礎(chǔ)上，直接進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)較多的人力、物力，還存在很多安全隱患。所以，非常需要一種高性能的多電平逆變器的仿真方法，仿真方法與實(shí)物的差別越小越好。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Saber軟件的高性能仿真方法，該方法對(duì)影響控制系統(tǒng)性能的死區(qū)時(shí)間、量化誤差、數(shù)字延遲等因素都進(jìn)行了有效的模擬，仿真速度快，仿