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)點成為近年來發(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)通常都是相對較弱的配電網(wǎng)，容易受負載的影響而發(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)標準中，孤島檢測、低電壓穿越、有功功率和無功功率的控制都涉及并網(wǎng)逆變器的兩項關(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、中點鉗位型三電平并網(wǎng)逆變器的控制方法作為重點內(nèi)容開展研究。
　　針對小功率分布式發(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)點和不足，

3、評估了在電網(wǎng)諧波情況下的性能，然后在此基礎(chǔ)上提出了一種改進的單相畸變電網(wǎng)鎖相方法，改進方法的核心部分是一個由主模塊和多個諧波模塊組成的交錯耦合反饋結(jié)構(gòu)，其中主模塊是依據(jù)梯度下降法來估測基波幅值頻率的鎖相環(huán)，諧波模塊是簡單的二階陷波濾波器。主模塊作為主要的功能模塊來估測輸入信號中的基波分量，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。改進的方法易于實現(xiàn)，不但在電壓信號嚴重畸變時具有較高的鎖相精度，而且在電壓信號發(fā)生突變時還具有

4、較快的響應(yīng)速度。
　　針對三相不平衡電網(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，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于靜止坐標系下直接梯度下降法的鎖相環(huán)。該鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，不需要將電網(wǎng)電壓變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標系，在靜止坐標系下通過數(shù)值算法求解根據(jù)梯度下降原理得到的非線性方程組，直接估測出正負序分量的幅值、相位和頻率。通過實驗評估了該鎖相方法的性能，實驗結(jié)果表明，所提方法對對輸入電壓的噪聲不敏感，在三相電壓不

5、平衡時穩(wěn)態(tài)精度高，在電網(wǎng)發(fā)生不平衡故障時，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，也基本能在兩個工頻周期以內(nèi)完成鎖相。
　　針對三電平并網(wǎng)逆變器的控制策略，本文提出了一種有限集最優(yōu)預測(FiniteSetOptimalPredictive，F(xiàn)SOP)控制方法，該方法將27個開關(guān)矢量看成一個有限集，然后在此有限集中搜索使罰函數(shù)最小的開關(guān)矢量，其中罰函數(shù)是由輸出電流誤差、中點不平衡電壓和器件開關(guān)次數(shù)組成的加權(quán)和。

6、本文詳細推導了中點鉗位型三電平并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)空間模型，并給出了FSOP控制方法的設(shè)計步驟和程序流程圖，最后通過仿真和實驗評估了FSOP控制方法的性能。實驗結(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電壓的速度快，平均開關(guān)頻率低，對電網(wǎng)諧波擾動不敏感，對模型參數(shù)具有一定的魯棒性，通過調(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。
　　針對三電平并網(wǎng)逆變器的工程實踐問題，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雜，拓撲結(jié)構(gòu)還在不斷發(fā)展，在對多電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)及控制算法沒有準確掌握的基礎(chǔ)上，直接進行實物實驗需要花費較多的人力、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，仿真方法與實物的差別越小越好。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于Saber軟件的高性能仿真方法，該方法對影響控制系統(tǒng)性能的死區(qū)時間、量化誤差、數(shù)字延遲等因素都進行了有效的模擬，仿真速度快，仿