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并网逆变器关键技术研究

姚志垒  
【摘要】:近年来,随着环境污染的日益加剧和化石能源的不断紧缺,太阳能、燃料电池和风能等可再生能源由于具有清洁安全、无污染、可再生等优点已成为当今研究的热点。太阳能电池和燃料电池等输出为直流电,风力发电机的输出为频率随风速变化的交流电,而电网电压为定频的交流电,因此,并网逆变器是分布式发电系统的重要组成部分。 本文研究内容主要包括两部分。第一部分是三相并网逆变器关键技术研究,主要内容如下: 分析了产生启动冲击电流的原因,提出了一种三相空间矢量脉宽调制(Space vector pulsewidth modulation, SVPWM)控制并网逆变器的软启动控制方法。给出了软启动控制的具体步骤和流程图,并对该软启动控制方法进行了实验验证。该控制方法简单,在电网电压平衡的情况下,启动时只与电网电压的直轴分量有关。 研究了数字控制无阻尼LCL滤波的三相SVPWM控制并网逆变器的稳定性。建立了其离散数学模型。给出了该系统的设计步骤和实例。研究了一种三相SVPWM控制并网逆变器的改进解耦控制方法。该改进解耦控制方法将进网参考电流的直轴和交轴分量分别代替进网电流控制器解耦分量中进网电流的直轴和交轴分量。比较分析了传统和改进解耦控制方法。仿真和实验结果表明:所设计三相并网逆变器为稳定系统,改进解耦控制方法比传统解耦控制方法具有高的进网电流波形质量和快的动态响应速度。 在改进解耦控制方法的基础上,提出了一种基于空间矢量直接功率控制(Direct powercontrol using space vector modulation, DPC-SVM)三相并网逆变器的改进控制方法。比较分析了传统和改进DPC-SVM控制方法对动态响应速度的影响。仿真和实验结果表明:与传统控制方法相比,改进控制方法具有快的动态响应速度。 第二部分是单相并网逆变器关键技术研究,主要内容如下: 在传统桥式并网逆变器的基础上,提出了一族单相高可靠并网逆变器电路拓扑。所提出的高可靠并网逆变器由于不存在传统桥式并网逆变器桥臂功率开关管的直通问题,提高了系统可靠性;同一桥臂功率开关管无需设置死区时间,可提高进网电流的波形质量;独立续流二极管代替了功率开关管的体二极管,可进行优化设计。详细分析了所提并网逆变器的工作原理,并对理论分析进行了仿真验证。从所提电路拓扑中选择滞环电流控制双管双降压并网逆变器为例,对该并网逆变器的稳定性进行了分析,对系统参数进行了设计并给出了设计实例,并进行了实验验证。比较分析了传统并网逆变器和所提出的高可靠并网逆变器。分析结果表明:双降压半桥并网逆变器适合110-120V电网电压场合,而全桥型高可靠并网逆变器适合220-240V电网电压场合。 提出了一种带非线性关键负载并网逆变器的控制方法。该并网逆变器可工作在独立与并网两种工作模式。分析了非线性关键负载对进网电流的影响,阐述了所提控制方法的工作原理,对系统稳定性进行了分析,并对滤波电感进行了选取。仿真和实验结果表明:与传统控制方法相比,所提控制方法在并网模式下具有高的进网电流波形质量,在独立模式下具有高的输出电压波形质量。


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