畢業(yè)設(shè)計(jì)---微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究-三相逆變器接口建模

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)</p><p>　　微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 </p><p>　　—三相逆變器接口建模 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　班級(jí)學(xué)號(hào)： </p><

2、p>　　院、系、部： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2010年06月 </p><p>　　Undergraduate Design

3、(Thesis)</p><p>　　Study on island detection</p><p>　　in Micro Grids</p><p>　　—Three-phase inverter interface modeling</p><p><b>　　BY</b></p><p>

4、;　　NI JIN-JIE</p><p>　　Supervised by</p><p>　　Lecturer LI Jun</p><p>　　School of Electric Power Engineering</p><p>　　Nanjing Institute of Technology</p><p>

5、;　　June 2010</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　由于科技進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)的要求，一些分布能源（DER）如內(nèi)燃機(jī)（ IC ）、微型燃?xì)廨啓C(jī)、光伏發(fā)電、燃料電池和風(fēng)力發(fā)電，已經(jīng)在配電網(wǎng)中應(yīng)用。獨(dú)立分布式發(fā)電的應(yīng)用可以解決很多問題，但其本身也存在不少缺陷。為更好地實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電的潛力可以采用系統(tǒng)的方法，也就是使電源和相關(guān)的負(fù)載構(gòu)成一個(gè)

6、子系統(tǒng)或“微電網(wǎng)”（MG）。</p><p>　　本文的主要目的是，總結(jié)和研究三相逆變器建模。前面介紹了微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，其中重點(diǎn)介紹微電網(wǎng)在歐洲和日本的發(fā)展。而后比較分析了逆變器在反孤島技術(shù)中的應(yīng)用和逆變器的控制方式比較。最后使用MATLAB中的Simulink工具建立了三相逆變器模型。并且在最后進(jìn)行了仿真，給出了結(jié)果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)，反孤島，三相逆變器</p

7、><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Due to the technology development and environment protection, some distributed energy resources (DER), such as internal combustion (IC) engines, gas turb

8、ines, micro turbines, photovoltaic, fuel cells and wind-power, have emerged within the distribution system. However, application of individual distributed generators can cause as many problems as it may solve. A better w

9、ay to realize the emerging potential of distributed generation and associated loads is a subsystem called “Micro Grid” (MG).</p><p>　　The main purpose of this paper is summarized and the research, three-phas

10、e inverter modeling. In front of the network are introduced, including research status on micro grid in Europe and Japan. After comparing the inverter in the island's application and technical inverter control method

11、. Finally the Simulink tool use MATLAB three-phase inverter model is established. And in the end, the simulation results.</p><p>　　Keywords: micro grid, anti-isianding ,three-phase inverter</p><p&

12、gt;<b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.1.1全球能源危機(jī)及面臨的環(huán)境問題1</p><p>　　1.1.2微電網(wǎng)定義2</p>&l

13、t;p>　　1.1.3國外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)簡介與研究方向3</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容與意義5</p><p>　　第二章 并網(wǎng)逆變器的防孤島技術(shù)5</p><p>　　2.1孤島效應(yīng)的概念5</p><p>　　2.2孤島效應(yīng)可能導(dǎo)致的危險(xiǎn)和孤島效

14、應(yīng)出現(xiàn)的原因6</p><p>　　2.3檢測(cè)孤島的方法9</p><p>　　2.3.1逆變器內(nèi)部無源法9</p><p>　　2.3.2逆變器內(nèi)部有源法9</p><p>　　2.3.3其它的一些外部檢測(cè)方法10</p><p>　　2.3.4孤島檢測(cè)方法小結(jié)10</p><p>

15、;　　2.4本章小結(jié)10</p><p>　　第三章 并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)11</p><p>　　3.1逆變器的控制技術(shù)介紹11</p><p>　　3.1.1模擬控制技術(shù)介紹11</p><p>　　3.1.2數(shù)字控制技術(shù)介紹12</p><p>　　3.2逆變器的控制目標(biāo)13</p>&l

16、t;p>　　3.2.1電網(wǎng)對(duì)逆變器的要求13</p><p>　　3.3逆變器的控制策略比較13</p><p>　　3.3.1電流滯環(huán)比較14</p><p>　　3.3.2定時(shí)比較方式14</p><p>　　3.3.3三角波比較方式14</p><p>　　第四章 MATLAB仿真模塊介紹15&

17、lt;/p><p>　　4.1 MATLAB簡介15</p><p>　　4.1.1 MATLAB概述15</p><p>　　4.1.2Simulink環(huán)境下的仿真模塊介紹15</p><p>　　第五章 建模與仿真分析23</p><p>　　5.1在Simulink中搭建三相逆變器模型23</p>

18、;<p>　　5.1.1建立仿真模型23</p><p>　　5.2分析仿真結(jié)果24</p><p><b>　　總結(jié)與展望30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　附錄1：外文資料翻譯32</p><p>&

19、lt;b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　1.1.1全球能源危機(jī)及面臨的環(huán)境問題</p><p>　　能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，影響著人類社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程與未來。在19世紀(jì)以前的農(nóng)業(yè)社會(huì)，主要依靠可再生能源(太陽能、生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能)作為一次能源。自工業(yè)革

20、命以來，煤的開發(fā)利用逐步取代了木柴，經(jīng)歷約半個(gè)世紀(jì)后成為全球的主要一次能源。到了20世紀(jì)，人類開始大規(guī)模開發(fā)利用石油和天然氣，成為化石能源世紀(jì)。今天，煤、石油與天然氣已占世界能源消耗總量的80%以上川?；茉床豢稍偕?，并終將耗竭。全世界的人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，人類必須逐步減少化石能源的份額，增大可再生與新型能源的比重，向建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系過渡。</p><p>　　另一方面，大量使用化石能源已經(jīng)給人類的生存環(huán)境

21、帶來了嚴(yán)重的后果。目前由于大量使用礦物能源，全世界每天產(chǎn)生約一億噸“溫室效應(yīng)”氣體，造成了嚴(yán)重的大氣污染。面臨實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，人類文明的高度發(fā)展與生存環(huán)境的快速惡化已經(jīng)形成了一對(duì)非常突出的矛盾。因此，在有限的資源和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下，人類要解決能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，走大規(guī)模開發(fā)和利用可再生潔凈能源的道路。</p><p>　　我國是世界上少數(shù)幾個(gè)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主的

22、國家，也是世界上最大的煤炭消費(fèi)國，對(duì)環(huán)境造成的污染不容樂觀。在2000年，中國有57%的城市環(huán)境污染顆粒物超過國家限制值，有48個(gè)城市的二氧化硫濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn);82%的城市出現(xiàn)過酸雨，面積己達(dá)國土面積的30%。我國經(jīng)濟(jì)正處在一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，對(duì)能源需求量在未來幾十年依然巨大。在今后巧年左右和更長的一段時(shí)間里，能源的發(fā)展?fàn)顩r對(duì)我國全面實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo)將起到?jīng)Q定性的作用。目前我國的能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，開發(fā)利

23、用可再生能源，改變能源結(jié)構(gòu)已成為我國面臨的一重大課題。</p><p>　　1.1.2微電網(wǎng)定義</p><p>　　目前國際上對(duì)微型電網(wǎng)的定義各不相同。美國電氣可靠性技術(shù)解決方案聯(lián)合會(huì)(CERTS)給出的定義為:微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成系統(tǒng),可同時(shí)提供電能和熱能;微電網(wǎng)內(nèi)部電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換,并提供必需的控制;微電網(wǎng)相對(duì)于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元,并可同

24、時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全的要求。</p><p>　　歐盟微電網(wǎng)項(xiàng)目給出的定義是:利用一次能源;使用微型電源,分為不可控、部分可控和全控三種,并可冷、熱、電三聯(lián)供;配有儲(chǔ)能裝置;使用電力電子裝置進(jìn)行能量調(diào)節(jié)。</p><p>　　美國威斯康辛麥迪遜分校給出的概念是:微電網(wǎng)是一個(gè)由負(fù)載和微電源組成的獨(dú)立可控系統(tǒng),向當(dāng)?shù)靥峁╇娔芎蜔崮?。這種概念提供了一個(gè)新模型來描述微電網(wǎng)的運(yùn)行;微電網(wǎng)可

25、被看作電網(wǎng)中一個(gè)可控的單元,它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)做出反應(yīng)來滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)的需求;對(duì)用戶來說,微電網(wǎng)可以滿足他們特定的需求:增加本地可靠性,降低饋線損耗,保持本地電壓,通過利用余熱提供更高的效率或者提供不間斷電源。</p><p>　　1.1.3國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　作為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域,微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同特色。在歐美一些發(fā)達(dá)國家,微電網(wǎng)的研究已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。美國

26、CERTS于2002年提出了權(quán)威的微電網(wǎng)概念。微電網(wǎng)工程得到了能源部的高度重視,并在“GRID2030”發(fā)展戰(zhàn)略中將微電網(wǎng)視為未來電力系統(tǒng)的三大基石技術(shù)之一。CERTS微電網(wǎng)主要由容量小于500KW的小型微電源與負(fù)荷構(gòu)成,并引入了電力電子技術(shù)的控制方法,基于此形成了“即插即用”的控制思想和設(shè)計(jì)理念。目前,美國CERTS微電網(wǎng)的初步理論研究成果已經(jīng)在威斯康辛大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)上得到了成功檢驗(yàn)。自第一個(gè)微電網(wǎng)示范工程MAD RIVER之后,俄

27、亥俄州,佐治亞州及加州大學(xué)伯克利實(shí)驗(yàn)室也陸續(xù)展開微電網(wǎng)項(xiàng)目研究。學(xué)者們希望進(jìn)一步加深對(duì)微電網(wǎng)的理解,檢驗(yàn)微電網(wǎng)的建模和仿真方法,保護(hù)和控制策略以及經(jīng)濟(jì)效益等,并初步形成關(guān)于微電網(wǎng)的管理政策和法規(guī),為將來的微電網(wǎng)工程構(gòu)建框架。</p><p>　　日本是當(dāng)今世界微電網(wǎng)研究的領(lǐng)頭羊,其發(fā)展目標(biāo)主要定位于能源供給多樣化,減少污染,滿足用戶的個(gè)性化電力需求,然而可再生能源的變動(dòng)可能降低電能質(zhì)量和供電可靠性。因此,日本學(xué)者

28、提出了靈活可靠性和智能電能供給系統(tǒng),其主要思想是在配電網(wǎng)中加入一些靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)裝置,利用其快速,靈活的控制性能實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,滿足用戶多種電能質(zhì)量要求。還將該思想與熱電聯(lián)供設(shè)計(jì)理念相結(jié)合,以期更好地實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好和能源的高效利用。此外,日本還專門成立了新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(NEDO)來統(tǒng)一協(xié)調(diào)國內(nèi)高校,企業(yè)與國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)新能源及其應(yīng)用的研究,建議在青森縣,愛知縣,京都府縣等地開展微電網(wǎng)項(xiàng)目。</p

29、><p>　　歐洲依據(jù)其“智能電網(wǎng)”計(jì)劃提出要充分利用分布式資源,智能技術(shù),先進(jìn)電力電子技術(shù)等,以實(shí)現(xiàn)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合。微電網(wǎng)被視為未來分布式網(wǎng)絡(luò)的基本特征以及未來歐州電力網(wǎng)絡(luò)略研究議程的重要組成部分。目前, 歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、安全及通信理論。微電源大規(guī)模融入低壓電網(wǎng),微電網(wǎng)先進(jìn)架構(gòu)控制理念這兩大研究項(xiàng)目正在多方力量的支持下如火如荼地開展著。其后續(xù)任務(wù)集中于研究更加先進(jìn)的控制

30、策略,制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),在希臘,荷蘭,德國建立示范工程,為分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入微電網(wǎng)以及傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的初步過渡做積極準(zhǔn)備[1]。</p><p>　　1.2并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)簡介與研究方向</p><p>　　對(duì)于不用作并網(wǎng)功能而獨(dú)立運(yùn)行的逆變器，其電路拓?fù)溲芯吭趩蜗嗪腿喾矫娑家呀?jīng)很多，并且眾多成熟的電路己經(jīng)長時(shí)間的應(yīng)用在產(chǎn)品中。然而，應(yīng)用在可再生能源的分布式并網(wǎng)發(fā)電中，系

31、統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮更多的是采用單級(jí)或兩級(jí)以上的逆變器來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。而對(duì)于采用單相或是三相結(jié)構(gòu)，和獨(dú)立運(yùn)行的逆變器研究有很多相似之處，一般根據(jù)功率、成本、效率、控制以及實(shí)際用戶需求來確定[6]。</p><p>　　根據(jù)輸入、輸出的電氣隔離性可以分為隔離型逆變器和非隔離型逆變器。電氣隔離通常采用變壓器隔離，一般使用工頻變壓器或者高頻變壓器，但大多數(shù)作用都是用于升壓隔離。根據(jù)功率變換器的變換級(jí)數(shù)可以分為單級(jí)型逆變器和多級(jí)型逆變

32、器，如圖1.1所示，單級(jí)型逆變器通過一級(jí)功率變換器將低壓直流直接轉(zhuǎn)換成高壓交流。根據(jù)該功率變換器使用的主開關(guān)個(gè)數(shù)可以分為四一開關(guān)管型和六一開關(guān)管型。多級(jí)型逆變器根據(jù)功率變換的過程可以分為:</p><p>　　DC一DC一AC型2)DC一AC一DC一AC型3)DC一AC一AC型。</p><p>　　圖1.1 單級(jí)型逆變器和多級(jí)型逆變器變換結(jié)構(gòu)</p><p>　　

33、并網(wǎng)逆變器作為分布式發(fā)電系統(tǒng)中最為重要的一個(gè)部分，在針對(duì)分布式發(fā)電技術(shù)的研究增多的同時(shí)，基于并網(wǎng)逆變器技術(shù)的研究也越來越多，其大致可以分為以下幾個(gè)研究方向。</p><p>　　目前針對(duì)不同的要求有著各種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于功率較小的并網(wǎng)逆變器可以采用高效、低成本的單極變換器;而多級(jí)逆變器變換結(jié)構(gòu)可以使用在大功率、寬電壓范圍的輸入的應(yīng)用場(chǎng)合。除此以外，逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中還包括單相、三相;隔離、非隔離;功率單向流動(dòng)

34、、雙向等各種形式。如:并網(wǎng)逆變器采用雙向功率流動(dòng)的拓?fù)洌诓⒕W(wǎng)工作時(shí)，既可以向電網(wǎng)提供電能，同時(shí)也可以當(dāng)電網(wǎng)電能富足時(shí)，從公用電網(wǎng)吸收電能，并將其存儲(chǔ)起來。因此各種拓?fù)淇梢苑謩e使用在不同的場(chǎng)合，并且這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以相互組合成各種不同的形式，以滿足各種要求。</p><p>　　在控制方法上，隨著各種高速的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的出現(xiàn)，將先進(jìn)的數(shù)字控制應(yīng)用到并網(wǎng)逆變器的控制中的研究越來越多。如PI控制、滑模控制、

35、模糊控制等等;在采用模擬控制時(shí)有電壓控制、峰/谷值電流型控制、平均值電流控制、單周控制等等。針對(duì)各種控制的缺點(diǎn)，將模擬控制和數(shù)字控制相結(jié)合，以到達(dá)理想的控制效果也是目前研究的熱點(diǎn)。在調(diào)制方式上，有PWM、SPWM、SVPWM等先進(jìn)的調(diào)制方式[8]。</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容與意義</p><p>　　隨著人類對(duì)新能源的需求不斷的增加，而利用新能源的關(guān)鍵技術(shù)就是如何將新能

36、源轉(zhuǎn)化成的電能與電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。因此并網(wǎng)逆變器的研究也成為合理利用新能源的課題中的重中之重。目前，可靠、高效和廉價(jià)的并網(wǎng)逆變器己成為生活中的迫切需要。因此針對(duì)家庭中所使用的小型發(fā)電系統(tǒng)和大的局部電網(wǎng)饋能系統(tǒng)中并網(wǎng)逆變器的都需要進(jìn)行深入的研究。本課題針對(duì)并網(wǎng)逆變器的一些具體要求，在仿真和實(shí)驗(yàn)上取得了一定的研究成果。</p><p>　　第二章 并網(wǎng)逆變器的防孤島技術(shù)</p><p>　　防孤島

37、效應(yīng)是并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)研究技術(shù)。在并網(wǎng)工作過程中，當(dāng)出現(xiàn)孤島狀態(tài)時(shí)，可能威脅到設(shè)備和人身安全，因此控制器必須快速、準(zhǔn)確地判斷到孤島狀態(tài)，使逆變器退出這種運(yùn)行狀態(tài)。其具體的實(shí)現(xiàn)需要從軟件和硬件上共同配合來判斷孤島現(xiàn)象。目前，有很多的文獻(xiàn)討論研究各種防孤島的方法，有無源、有源、通信等眾多方法需要根據(jù)實(shí)際需要、并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、可靠性等各種因素選擇合適的方法[5]。</p><p>　　2.1孤島效應(yīng)的概念</p&

38、gt;<p>　　在逆變器并網(wǎng)工作過程中，當(dāng)市電輸入被人為斷開或出現(xiàn)故障而停止供電時(shí)，逆變器仍持續(xù)向電網(wǎng)供電，使得當(dāng)?shù)刎?fù)載的供電電源處于正常的電壓和頻率，這時(shí)的工作狀態(tài)稱為“孤島”(ISlanding)狀態(tài)，又叫孤島效應(yīng)。</p><p>　　圖2.1逆變器并網(wǎng)工作示意圖</p><p>　　如圖2.1所示的是逆變器并網(wǎng)工作時(shí)出現(xiàn)孤島狀態(tài)的示意圖，當(dāng)逆變器并網(wǎng)工作時(shí)，因?yàn)楦鞣N

39、原因?qū)е率须姴荒芙o局部電網(wǎng)負(fù)載供電，即示意為圖中S2斷開，此時(shí)如果沒有任何孤島判斷技術(shù)，逆變器會(huì)持續(xù)給逆變器負(fù)載和局部電網(wǎng)負(fù)載供電，其原因在后面作分析。出現(xiàn)這種狀態(tài)的外界原因很多，一般有下面這些可能性:</p><p>　　1當(dāng)電網(wǎng)保護(hù)裝置檢測(cè)到一個(gè)故障后，切斷局部電網(wǎng)的輸入開關(guān);</p><p>　　2由于設(shè)備意外跳閘，斷開了正常的市電輸入;</p><p>　　

40、3欲切斷電網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器供電系統(tǒng);</p><p>　　4人為有意或無意的操作。</p><p>　　2.2孤島效應(yīng)可能導(dǎo)致的危險(xiǎn)和孤島效應(yīng)出現(xiàn)的原因</p><p>　　當(dāng)發(fā)生孤島效應(yīng)時(shí)，如果沒有及時(shí)判斷并防止其出現(xiàn)，可能會(huì)導(dǎo)致下面的很多的危險(xiǎn)發(fā)生。</p><p>　　1失去電網(wǎng)的平衡控制作用，逆變器一旦出現(xiàn)電壓、頻率不正常，損壞設(shè)備;&

41、lt;/p><p>　　2當(dāng)用戶認(rèn)為電網(wǎng)已經(jīng)斷開，但電網(wǎng)仍然帶電，給維修人員或使用帶來危險(xiǎn);</p><p>　　3市電突然恢復(fù)，由于相位錯(cuò)開而引起大的沖擊電流，損壞發(fā)電裝置和設(shè)備;</p><p>　　4當(dāng)人為或自動(dòng)的需要市電重新切入時(shí)，由于電流沖擊引起故障。所以，作為一個(gè)可靠、安全的并網(wǎng)逆變裝置，必須有防孤島技術(shù)來保證及時(shí)檢測(cè)出孤島效應(yīng)而減少或避免可能引起的危險(xiǎn)。&

42、lt;/p><p>　　圖2.2孤島檢測(cè)的測(cè)試電路圖</p><p>　　圖2.2所示為孤島檢測(cè)的測(cè)試電路圖，逆變器的輸出濾波器包括在逆變器的框圖中，在逆變器和電網(wǎng)中間是防孤島檢測(cè)負(fù)載。它由RLC諧振電路模擬電網(wǎng)的負(fù)載作為測(cè)試，用于檢測(cè)并網(wǎng)逆變裝置的防孤島可靠性，該電路由Hbaernli提出，并在EIEE標(biāo)準(zhǔn)929一2000中給出規(guī)定，上圖為簡化的結(jié)構(gòu)。所有的并網(wǎng)逆變器裝置都有輸出電壓過/欠壓

43、或頻率過高/過低的判斷，當(dāng)檢測(cè)出這種情況的任何一種發(fā)生時(shí)，逆變器內(nèi)部保護(hù)發(fā)生作用，停止向外供電。但是在下面的情況下仍然會(huì)出現(xiàn)孤島效應(yīng)，利用圖.42的測(cè)試電路分析孤島效應(yīng)出現(xiàn)的電路原因。</p><p>　　假設(shè)逆變器并網(wǎng)工作時(shí)，電網(wǎng)突然斷電，相當(dāng)于開關(guān)S處斷開。而逆變器在此狀態(tài)之前和之后輸出的有功與無功基本上保持不變，同時(shí)可以檢測(cè)到并網(wǎng)公共點(diǎn)的頻率和電壓作為市電頻率、電壓。下面分析其工作狀態(tài):</p>

44、<p><b>　　a)并網(wǎng)工作</b></p><p>　　并網(wǎng)工作時(shí)可以根據(jù)功率平衡得到下面兩式，</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　b)電網(wǎng)斷開工作</

45、b></p><p>　　因?yàn)槟撤N原因，開關(guān)可以得到下列式子:</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　所以由(2-1)(2-3)得</p><p><b>　　(2-5)</b

46、></p><p>　　由(2-2)( 2-4)得</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　其中，，是諧振電路上電容的無功。 </p><p>　　由(2-5)( 2-6)得</p><p><b>　　(2-7)</b></p>

47、<p>　　所以，式(2-5)和式(2-7)表示了市電斷開前后，公共點(diǎn)的電壓、頻率和功率P、Q的關(guān)系。如果逆變器輸出的有功功率P、無功功率Q和局部電網(wǎng)的負(fù)載不匹配，即ΔP和ΔQ不等于零，則在市電斷開前后，電壓和頻率會(huì)有變化，如果檢測(cè)出該變化則可以判斷出孤島而防止孤島出現(xiàn)。</p><p>　　如果ΔP=0，ΔQ=0，由式(2-5)得到。</p><p>　　代入式(2-7)得

48、到，</p><p>　　(2-8)，即 。</p><p>　　所以，如果ΔP和ΔQ在市電正常和掉電之后都接近零，即原來電網(wǎng)局部負(fù)載的功率和并網(wǎng)時(shí)逆變器輸出的功率接近，則公共點(diǎn)的電壓、頻率沒有大的變化，這也是電路上出現(xiàn)孤島狀態(tài)的原因。</p><p>　　圖2.3逆變器孤島判斷的檢測(cè)盲區(qū)</p><p>　　圖2.3所示的即為逆變器在判斷

49、孤島時(shí)由于ΔP和ΔQ而引起的一個(gè)電壓和頻率檢測(cè)范圍的盲區(qū)。所以，僅僅通過簡單的電壓、頻率突變和電壓過/欠壓或頻率過高/過低是來判斷孤島狀態(tài)是有很大的局限性的，需要增加一些孤島檢測(cè)的方法來優(yōu)化系統(tǒng)。</p><p>　　上述各式中使用符號(hào)分別對(duì)應(yīng)如下:</p><p><b>　　:市電電壓;</b></p><p><b>　　:逆變

50、器輸出電壓;</b></p><p>　　:市電電壓波形的角頻率;</p><p>　　:逆變輸出電壓波形的角頻率;</p><p>　　P:逆變器輸出的有功功率;</p><p>　　Q:逆變器輸出的無功功率;</p><p>　　ΔP:輸入到電網(wǎng)的有功功率;</p><p>　　

51、ΔQ:輸入到電網(wǎng)的無功功率。</p><p>　　2.3檢測(cè)孤島的方法</p><p>　　2.3.1逆變器內(nèi)部無源法</p><p>　　電壓過高/過低和頻率過高/過低判斷法困Vo/V，UF/OF)</p><p>　　電壓、相位突變判斷法(PJD)</p><p>　　電壓諧波和電流諧波檢測(cè)法(DVH，DCH)&l

52、t;/p><p>　　逆變器內(nèi)部無源法是指逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)完全利用電路正常工作的電壓、電流等各種電氣狀態(tài)和指標(biāo)用于判斷孤島的方法。上述三種方法都是利用逆變器從并網(wǎng)到市電掉電時(shí)，由于負(fù)載有大的變化而引起逆變輸出電壓的幅度或頻率突然變化，或是由于局部電網(wǎng)負(fù)載引起的電壓電流諧波大幅度增加，從而通過上面的方法可以防止孤島出現(xiàn)。但是在前面的電路原因分析中提到，這類方法的檢測(cè)很有限。所以一般在無源法的基礎(chǔ)上增加內(nèi)部有源法進(jìn)行判斷[

53、9]。</p><p>　　2.3.2逆變器內(nèi)部有源法</p><p>　　逆變器內(nèi)部有源法是通過在逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的控制中人為的加入一些電壓、頻率的擾動(dòng)或偏移，用于增加孤島的判斷可靠性，盡可能的減小孤島判斷的盲區(qū)范圍，但是加入的這些有源方法會(huì)在一定程度上使輸出的電壓或電流波形出現(xiàn)很小的擾動(dòng)。學(xué)術(shù)研究上討論的防孤島方法也大多數(shù)以有源法為主。</p><p>　　2.3

54、.3其它的一些外部檢測(cè)方法</p><p>　　除了上述的無源法和有源法，也有一些并網(wǎng)逆變器外部的檢測(cè)方法。比如采用電網(wǎng)側(cè)加入電阻插入裝置，當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)自動(dòng)在電網(wǎng)負(fù)載側(cè)插入一個(gè)大的阻抗，使得網(wǎng)側(cè)的阻抗突然變化很多，此時(shí)通過檢測(cè)到網(wǎng)側(cè)阻抗的變化來判斷市電中斷，這種方法稱為“網(wǎng)側(cè)阻抗插值法”。</p><p>　　另外的方法有利用網(wǎng)絡(luò)通訊的手段，通過電網(wǎng)側(cè)自身的監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或市電輸入

55、中斷后，向逆變器系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，逆變器控制系統(tǒng)接收到信號(hào)后立即退出并網(wǎng)狀態(tài)。</p><p>　　2.3.4孤島檢測(cè)方法小結(jié)</p><p>　　無源檢測(cè)法通過檢測(cè)并網(wǎng)連接和孤島前后的電壓、頻率等參數(shù)的指標(biāo)變化來判斷孤島狀態(tài);有源檢測(cè)法通過逆變輸出引入一定的擾動(dòng)或變化，如果所引入的擾動(dòng)能夠使孤島狀態(tài)下的負(fù)載電壓、頻率等參數(shù)不穩(wěn)定，則可以檢測(cè)孤島狀態(tài);外部檢測(cè)方法通過網(wǎng)側(cè)插入阻抗或者通信等方法

56、來檢測(cè)孤島。對(duì)于有源檢測(cè)法來說，一些方法不適合多臺(tái)并網(wǎng)逆變器同時(shí)并網(wǎng)，而且這些不同的有源方法也可能會(huì)給逆變并網(wǎng)系統(tǒng)帶來負(fù)面影響，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成一定的干擾。所以，這些方法有自身不同的特點(diǎn)，但并不能證明哪個(gè)方法更好，一般會(huì)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合、并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)成本等方面考慮選擇一種或幾種方法。</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了

57、“孤島”效應(yīng)的概念及其帶來的危險(xiǎn)，并分析了孤島狀態(tài)出現(xiàn)的電路原因。基于防孤島技術(shù)的方法研究，通過等效電路的研究分析了有源檢測(cè)法，并介紹了無源檢測(cè)法和其它的外部檢測(cè)方法。基于電壓型逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的研究，將有源電壓擾動(dòng)法應(yīng)用于系統(tǒng)的孤島判斷中，并通過實(shí)驗(yàn)證明該方法的可行性。</p><p>　　第三章 并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)</p><p>　　3.1逆變器的控制技術(shù)介紹</p>&

58、lt;p>　　并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)是提高逆變器輸出電壓的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。穩(wěn)態(tài)性能就是指輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度和帶不平衡負(fù)載的能力;而動(dòng)態(tài)性能主要指輸出電壓在負(fù)載突變時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)水平。按照實(shí)現(xiàn)控制的硬件手段，并網(wǎng)逆變器的控制可以分為模擬控制和數(shù)字控制[11]。</p><p>　　3.1.1模擬控制技術(shù)介紹</p><p>　　針對(duì)逆變器的模擬控制中主要包括電壓型與電流型線性控制技術(shù)。電

59、壓型控制技術(shù)一般都采用單閉環(huán)反饋控制;在調(diào)制過程中采用大幅度的鋸齒波，抗干擾能力較強(qiáng);具有良好的交叉調(diào)節(jié)能力;但是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢;環(huán)路增益隨輸入電壓變化，導(dǎo)致補(bǔ)償更為復(fù)雜;采用電壓型控制時(shí)，需要在系統(tǒng)的靜態(tài)性能、快速性與穩(wěn)定性之間找到一個(gè)折中點(diǎn)。1.電流型控制技術(shù)的性能優(yōu)良，在這類控制技術(shù)中主要包括峰/谷值電流型控制技術(shù)和平均值電流型控制技術(shù)。</p><p>　　2.峰/谷值電流型控制技術(shù)要求功率開關(guān)的峰/谷值

60、電流能跟隨電壓環(huán)反饋的輸出信號(hào)而變化，因此其通過檢測(cè)電感電流或功率開關(guān)電流將其作為電流內(nèi)環(huán)的反饋信號(hào)，然后經(jīng)比較器與電壓外環(huán)的輸出比較，控制功率開關(guān)的占空比。主要有5種控制手段，分別為恒定截止時(shí)間峰值電流控制、恒定導(dǎo)通時(shí)間谷值電流控制、恒定開通時(shí)刻峰值電流控制、恒定關(guān)斷時(shí)刻谷值電流控制和恒定遲滯環(huán)寬峰/谷值控制。采用峰/谷值電流型控制整個(gè)系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性;相對(duì)與電壓型控制技術(shù)具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，靜態(tài)的精度高;過載及短路能力強(qiáng)。但是存

61、在著功率電路的諧振會(huì)給控制環(huán)路帶來噪聲;抗干擾性能差;適應(yīng)拓?fù)淠芰Σ粡?qiáng)等缺點(diǎn)。</p><p>　　3.平均值電流控制技術(shù)是將高增益的積分電流誤差放大器引入電流環(huán)，經(jīng)過電流環(huán)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化設(shè)計(jì)電流環(huán)的增益一帶寬特性。這種控制方法可以精確的跟蹤電流，不需要斜坡補(bǔ)償，噪聲免疫能力強(qiáng)。但是其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢。</p><p>　　3.1.2數(shù)字控制技術(shù)介紹</p><p&g

62、t;　　目前采用新的控制技術(shù)來提高逆變器的靜、動(dòng)態(tài)特性已成為研究的熱點(diǎn)，由于DSP的出現(xiàn)，使得在逆變器的控制中，引進(jìn)了先進(jìn)的控制策略成為可能。數(shù)字控制和模擬控制相結(jié)合也越來越多的被引進(jìn)到逆變器的控制中。</p><p>　　1.目前使用較多的控制技術(shù)有PID控制。PID控制發(fā)展相對(duì)成熟，其設(shè)計(jì)簡單、參數(shù)易于整定，因此在實(shí)際的工程實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字控制中采用PID控制可以避免出現(xiàn)在模擬控制中使用PID時(shí)出

63、現(xiàn)的模擬控制電流系統(tǒng)龐大、可靠性低、調(diào)試復(fù)雜等缺點(diǎn)。目前在數(shù)字PID控制中采用了結(jié)合其他補(bǔ)償措施，如增加電壓、電流的控制引入，使得逆變器的數(shù)字PID控制效果得到良好的改善。</p><p>　　2.在數(shù)字控制的方式中，有一種根據(jù)逆變器系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號(hào)來計(jì)算下一個(gè)采樣周期的脈沖寬度的控制方法，稱之為無差拍控制。無差拍控制需要借助微處理器來實(shí)現(xiàn)PWM的輸出。無差拍控制的暫態(tài)響應(yīng)快;輸出波形在開關(guān)頻率不高的

64、情況下同樣能保持良好的波形;輸出電壓的相位不受負(fù)載的影響;但系統(tǒng)的魯棒性不強(qiáng)，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)有波動(dòng)時(shí)，容易導(dǎo)致輸出性能惡化，系統(tǒng)不穩(wěn)定;并且該控制方法的瞬態(tài)超調(diào)量較大。</p><p>　　3.目前將模糊控制技術(shù)應(yīng)用在逆變器的控制上的研究也越來越多，因?yàn)槟：刂破鞑恍枰芸貙?duì)象有精確的數(shù)學(xué)模型，控制的時(shí)候有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性，因此采用模糊控制能有效的對(duì)復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)做出判斷和處理;同時(shí)在使用模糊控制時(shí)，可以快

65、速的查找模糊控制表的數(shù)據(jù)，因此在實(shí)際的控制中，可以通過選取高的采樣率來提高控制的精度。但是通常需要將模糊控制與其他控制方式相結(jié)合，用于補(bǔ)償逆變器帶非線性負(fù)載時(shí)，導(dǎo)致輸出電壓跌落的現(xiàn)象。</p><p>　　4.在逆變器的控制中要求系統(tǒng)在閉環(huán)工作時(shí)，不易受到參數(shù)變化和外界干擾的影響，根據(jù)這個(gè)要求在逆變器的控制中引入滑?？刂?。實(shí)際的工作中發(fā)現(xiàn)，采用模糊控制逆變器的輸出波形有較好的暫態(tài)響應(yīng)，但穩(wěn)定性較差，需要在滑模控制

66、系統(tǒng)中加前饋控制。</p><p>　　3.2逆變器的控制目標(biāo)</p><p>　　逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的主要控制目標(biāo)是逆變器輸出正弦波電流與電網(wǎng)電壓在頻率、相位上同步,并且能實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化,且電流的總畸變失真要低,以減小對(duì)電網(wǎng)的諧波影響,使并網(wǎng)系統(tǒng)的有功功率輸出達(dá)到最大,功率因數(shù)近似為1。目前,逆變器交流輸出的控制方法可分為:電壓控制方法和電流控制方法。由于電壓控制不能使系統(tǒng)同時(shí)保證響

67、應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求,所以其控制通常采取電流控制方式。電流控制方式又可分為間接電流控制和直接電流控制。</p><p>　　3.2.1電網(wǎng)對(duì)逆變器的要求</p><p>　　(1)必須保證逆變器輸出的電量和電網(wǎng)電量保持同步,在相位、頻率上嚴(yán)格一致,輸出逆變器所能提供的最大輸出功率,功率因數(shù)逼近于1;(2)滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求,逆變器應(yīng)輸出失真度小的正弦波;(3)具有對(duì)孤島檢測(cè)的功能,防止

68、孤島效應(yīng)的發(fā)生,避免對(duì)用電設(shè)備和人身造成危害;(4)為了保證電網(wǎng)和逆變器安全可靠運(yùn)行,二者之間的有效隔離及接地技術(shù)也非常重要,電氣隔離一般采用變壓器。</p><p>　　此外,整個(gè)逆變環(huán)節(jié)要有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,保持輸出電壓、頻率的精度,及時(shí)跟蹤電網(wǎng)變化,同時(shí)具有最大功率跟蹤功能和各種保護(hù)功能。</p><p>　　3.3逆變器的控制策略比較</p><p>　　

69、并網(wǎng)逆變器輸出電流波形與電網(wǎng)電流同頻、同幅、同相位后，方可并網(wǎng)。當(dāng)給并網(wǎng)逆變器的控制部分提供了參考電流后，就需要一種合適的PWM控制方式使并網(wǎng)逆變器的電流能夠快速跟蹤該參考電流。目前有多種PWM控制方式，例如電流滯環(huán)比較方式、定時(shí)比較方式和三角波比較方式。不同的PWM控制策略對(duì)參考電流的跟蹤能力是不一樣的，下面對(duì)這幾種方式所作簡單的比較[9]。</p><p>　　3.3.1電流滯環(huán)比較</p>&

70、lt;p>　　電流滯環(huán)比較方式它是一個(gè)雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其外環(huán)是直流電壓反饋控制環(huán)，內(nèi)環(huán)是交流電流控制環(huán)。將電壓調(diào)節(jié)器輸出電流幅值指令乘以表示網(wǎng)壓的單位正弦信號(hào)后，得到交流的電流指令，將它與實(shí)際檢測(cè)到的電流信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)電流誤差大于指定的環(huán)寬時(shí)，滯環(huán)比較器產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)來控制逆變器增大或減小輸出電流，使其重新回到滯環(huán)內(nèi)。這樣，使實(shí)際電流圍繞著指令電流曲線上下變化，并且始終保持在一個(gè)滯環(huán)帶中。在這種方式中，滯環(huán)的寬度對(duì)電流的跟蹤性能

71、有較大的影響，當(dāng)滯環(huán)的寬度較大時(shí)，開關(guān)頻率較低，則對(duì)開關(guān)器件的開關(guān)頻率要求不高，但跟蹤誤差較大，輸出電流中的高次諧波含量較大;當(dāng)滯環(huán)的寬度小時(shí)，跟蹤誤差小，器件開關(guān)頻率提高，所以對(duì)器件的開關(guān)頻率要求高。</p><p>　　所以電流滯環(huán)控制的缺點(diǎn)在于開關(guān)頻率不固定，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)很窄的脈沖和很大的電流尖峰，給驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路以及主電路的設(shè)計(jì)帶來困難，對(duì)系統(tǒng)性能也有所影響。而且開關(guān)頻率不固定，濾波困難，對(duì)外界的電磁干擾也比

72、較大。</p><p>　　3.3.2定時(shí)比較方式</p><p>　　利用一個(gè)定時(shí)控制的比較器，每個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)電流誤差判斷一次，PWM信號(hào)需要至少一個(gè)時(shí)鐘周期才會(huì)變化一次，器件的開關(guān)頻率最高不會(huì)超過時(shí)鐘頻率的一半叫。該方法缺點(diǎn)是電流跟隨誤差是不固定的。</p><p>　　3.3.3三角波比較方式</p><p>　　這種方式將電流誤差經(jīng)過

73、比例積分放大器處理后與三角波比較，目的是將電流誤差控制為最小。該方式硬件較為復(fù)雜，輸出含有載波頻率段的諧波，電流響應(yīng)比瞬時(shí)比較方式要慢。三角波比較方式主要使用在數(shù)字控制方式出現(xiàn)之前的模擬控制中，目前基本被淘汰。</p><p>　　本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的PWM方式采用SPWM是一種采用較多的逆變控制技術(shù)。</p><p>　　第四章 MATLAB仿真模塊介紹</p><p&g

74、t;　　4.1 MATLAB簡介</p><p>　　4.1.1 MATLAB概述</p><p>　　Matlab 自1984 年正式推出以后,經(jīng)過不斷地完善、擴(kuò)充,其功能與應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)展。如今已經(jīng)發(fā)展到Matlab 710 版本。自從Matlab 512 版本開始,增加了電氣系統(tǒng)模塊( Power System Blackset , PSB) ,提供了基本電路、電機(jī)、電力電子器件

75、等多方面的模型,使得利用Matlab進(jìn)行電力電子仿真就方便了許多。在2000 年推出的Matlab 610 版本中PSB 已經(jīng)升級(jí)到210 版本,并對(duì)模型庫進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)充,增加了各種電力電子器件的離散模型、通用三相橋、有功無功檢測(cè)、PWM 波形產(chǎn)生器等,該工具箱為電力電子電路的設(shè)計(jì)提供了有力的工具。Mat2lab 的PSB 提供了豐富的電氣系統(tǒng)仿真所需的模型庫,根據(jù)所要仿真的電路,從模型庫中以圖形的方式調(diào)入相應(yīng)的元件,并按照模型庫的

76、要求設(shè)定好參數(shù)。設(shè)置好后將各元件在圖形方式下將元件連接起來,然后就可以進(jìn)行仿真。實(shí)際上PSB 對(duì)電路的仿真還是用Matlab 中的Simulink 的方法進(jìn)行的。當(dāng)PSB 模型建立完后,Matlab 自動(dòng)進(jìn)行預(yù)處理,把模型中的電路轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的方程,變?yōu)镾imu2link </p><p>　　在PSB 提供的庫和模塊中電源模塊包括交流電流源、交流電壓源、支流源、可控電流源、可控電壓源等;元件模塊包括斷路器、變壓器

77、、互感、長線、飽和變壓器、串聯(lián)RLC 電路、并聯(lián)RLC 電路等; 電機(jī)模塊包括同步電機(jī)、異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、水力渦輪調(diào)速電機(jī),另外還有可單提取這些電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的各測(cè)量分路器;電力電子模塊包括二極管、GTO、MOSFET 理想開關(guān)等; 測(cè)量模塊包括電流測(cè)量、電壓測(cè)量等;連接模塊包括零線、L 連接器、T 連接器、總線、地線等。</p><p>　　4.1.2Simulink環(huán)境下的仿真模塊介紹</p>

78、<p>　　直流電壓源庫SimPowerSystems/Electrical Sources/DC Voltage Source中他的功能就是提供一個(gè)理想的直流電壓。下圖4.1，4.2</p><p><b>　　圖4.1直流電壓</b></p><p><b>　　圖4.2 參數(shù)設(shè)置</b></p><p>

79、;　　其參數(shù)比較簡單，僅有一個(gè)直流電壓需要設(shè)置對(duì)話框有一個(gè)measurements的下拉菜單可選擇NONE VOLTAGE 選voltage表示進(jìn)行測(cè)量none就好似不測(cè)量。</p><p>　　串聯(lián)RLC在SimPowerSystems/Elements/Three-Phase Series RLC Load中她的功能就是提供RLC負(fù)載。下圖4.3</p><p>　　圖4.3RLC和

80、參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　其參數(shù)設(shè)置如下</b></p><p>　　configuration 是選擇連接方式是 星型還是三角型</p><p>　　Nominal frequency 頻率設(shè)置</p><p>　　Active power 有功功率</p><p>　　Induct

81、ive reactive power感性無功設(shè)置</p><p>　　Capacitive reactive power 容性無功設(shè)置</p><p>　　Measurements 可選擇測(cè)量電壓電流設(shè)置</p><p>　　通用橋式電路在SimPowerSystems/Power Electronics/Universal Bridge中可直接用做逆變器或整流器使

82、用見下圖4.4</p><p>　　圖4.4橋式電路和參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　其參數(shù)設(shè)置如下</b></p><p>　　number of bridge arms：橋臂數(shù)目可設(shè)123分別代表一 二 三個(gè)橋臂各自含有2個(gè)開關(guān)器件，4個(gè)開關(guān)器件，6個(gè)開關(guān)器件。前2個(gè)實(shí)現(xiàn)單相變流后者實(shí)現(xiàn)三相變流。</p><p&g

83、t;　　snubber resistance Rs：緩沖電路的電阻</p><p>　　snubber capacitance Cs：緩沖電路的電感</p><p>　　power electronic device：電力電子器件類型。選擇橋臂中所使用的電力電子器件，可以選擇二極管，晶閘管，CTO/Diodes，IGBT，理想開關(guān)，分別如下圖4.5</p><p>

84、　　圖4.5二極管，晶閘管，CTO/Diodes，IGBT，理想開關(guān)</p><p><b>　　RON：器件內(nèi)阻</b></p><p>　　LON：器件內(nèi)部電感</p><p>　　Forward voltage：器件導(dǎo)通壓降</p><p>　　[Tf(s)Tt(s)]:器件關(guān)斷時(shí)間</p><

85、p>　　Measurements：是否進(jìn)行電氣測(cè)量。</p><p>　　PWM調(diào)制方式在逆變器和整流中都有廣泛應(yīng)用。本文用的是SimPowerSystems/Extra Library/Discrete Control Blocks/Discrete PWM Generator如下圖4.6</p><p>　　圖4.6PWM和設(shè)置</p><p>　　cen

86、erator mode:發(fā)生器模式本文選擇三個(gè)橋臂6個(gè)脈沖IGBT電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。</p><p>　　carrier frequency：三角載波頻率</p><p>　　internal generation of modulating signal：是否選用內(nèi)部調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　modulation index：調(diào)制度</p><

87、;p>　　frequency of output voltage：調(diào)制基波頻率</p><p>　　phase of outputvoltage：調(diào)制波基波相位</p><p>　　本文還用到powergui模塊和scope測(cè)量Multimeter模塊與設(shè)置分別如下圖4.7，4.8，4.9</p><p>　　圖4.7powergui模塊和設(shè)置</p&g

88、t;<p>　　圖4.8scope測(cè)量和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖4.9Multimeter模塊和設(shè)置</p><p>　　以上是本文用到的電力仿真模塊。</p><p>　　第五章 建模與仿真分析</p><p>　　5.1在Simulink中搭建三相逆變器模型</p><p>　　圖5.1 P

89、WM逆變主電路</p><p>　　三相SPWM原理：載波信號(hào)為對(duì)稱三角波，幅值為，頻率為，調(diào)制信號(hào)為三相正弦波，，，幅值為，頻率為。對(duì)a相橋臂，當(dāng)時(shí)，導(dǎo)通關(guān)斷，當(dāng)時(shí)，導(dǎo)通關(guān)斷，b相和c相類似。</p><p>　　由于各相上下橋臂功率器件及互補(bǔ)方式輪流導(dǎo)通，故各相對(duì)n點(diǎn)的電壓為雙極性SPWM波形，該波形與各相上橋臂器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步變化。輸出的線電壓可由相應(yīng)的兩相對(duì)n點(diǎn)的電壓相減而得，線

90、電壓在±Ua和0之間變動(dòng)，總體呈現(xiàn)單級(jí)線性形狀。星型連接負(fù)載的相電壓波形較為復(fù)雜，可能的電平為0， 和 </p><p>　　5.1.1建立仿真模型</p><p>　　第一步建立主電路的仿真模型。在simpowersystems的Electrical Sources庫中選擇直流電壓源模塊，然后再在Power Electronics庫中選擇Universal Bridge模塊，在

91、對(duì)話框中選擇橋臂數(shù)3，構(gòu)成三相半橋電路，開關(guān)器件選帶反并聯(lián)二極管的IGBT：在Elements庫中選擇三相串聯(lián)RLC負(fù)載模塊，在對(duì)話框中選為星型連接，按照下圖相連完成了三相逆變器仿真模型的主電路部分。</p><p>　　第二步控制部分SPWM控制信號(hào)由Simpowersystems提供的Discrete PWM Generator產(chǎn)生，在對(duì)話框中選擇三橋六脈沖模式。</p><p>　　

92、調(diào)節(jié)三相負(fù)載的有功為1KW，感性無功為500Var。</p><p>　　第三步完成波形觀測(cè)及分析部分。在相應(yīng)模塊的測(cè)量選項(xiàng)和Multimeter模塊，即可觀察逆變器的輸出相電壓，相電流和線電壓，通過串聯(lián)的電流表可觀察直流電流的波形。此外還可以利用Simpowersystems提供的powergui，可對(duì)波形進(jìn)行FFT分析。</p><p>　　最終得到的仿真模型如下圖5.1所示</

93、p><p><b>　　圖5.2仿真模型</b></p><p><b>　　5.2分析仿真結(jié)果</b></p><p>　　將仿真時(shí)間設(shè)為0.06秒，調(diào)制深度m設(shè)為0.5，輸出基波頻率設(shè)為50HZ，載波頻率設(shè)為基頻的20倍運(yùn)行后得到的仿真結(jié)果如下圖5.2所示</p><p>　　圖5.3仿真曲線分別為

94、交流相電壓，相電流，線電壓和直流電流波形。</p><p>　　FFT分析見下圖5.3</p><p><b>　　圖5.4FFT分析</b></p><p>　　輸出線路線電壓的幅值為0.443Ua。</p><p>　　把調(diào)制深度設(shè)為0.85得到下圖5.4仿真曲線和FFT分析</p><p>

95、　　圖5.5仿真曲線和FFT分析</p><p>　　線路電壓的幅值為0.748Ua。</p><p>　　把調(diào)試深度設(shè)為1得下圖5.5</p><p>　　圖5.6調(diào)制深度1頻率1000HZ時(shí)仿真曲線</p><p>　　對(duì)輸出的交流電壓進(jìn)行FFT分析，可得頻譜圖如下圖5.6所示?；ǚ禐?17.4V與理論值接近。最高分析頻率為9.95K

96、HZ時(shí)的THD達(dá)到72.67%由于感性負(fù)載的濾波作用，負(fù)載上的相電流THD為10.57%</p><p>　　圖5.7調(diào)制深度1頻率1000HZ時(shí)FFT分析</p><p>　　把載波頻率調(diào)到3000得到波形見下圖5.7</p><p>　　圖5.8頻率調(diào)到3000HZ的仿真曲線</p><p>　　對(duì)輸出的交流電壓進(jìn)行FFT分析，可得頻譜圖

97、如下圖5.8所示。基波幅值為425.7V與理論值接近。THD達(dá)到70.73%由于感性負(fù)載的濾波作用，負(fù)載上的相電流THD為5.63%</p><p>　　圖5.9 3000HZ FFT分析</p><p>　　調(diào)節(jié)載波頻率到6000得仿真曲線如下圖5.9</p><p>　　圖5.10 6000HZ 仿真曲線</p><p>　　分析圖如下

98、5.10所示THD達(dá)到64.65% 。 相電流的THD也降低到4.76% 。</p><p>　　圖5.11 FFT分析</p><p>　　如前所述，PWM逆變器的諧波特性與載波頻率和調(diào)制深度有有著密切的關(guān)系。通過FFT分析可知，若進(jìn)一步提高載波頻率，則相電流更加接近于正弦波形。</p><p><b>　　總結(jié)與展望</b></p&g

99、t;<p>　　現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源的需求日益增加，而煤炭、石油等不可再生能源越來越少，為了避免能源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)惡化，為了走可持續(xù)發(fā)展的道路，人們開始研究使用可再生能源。分布式發(fā)電是近些年倍受關(guān)注的一種發(fā)電形式，它利用太陽能、風(fēng)能、潮汐能等可再生的清潔能源發(fā)電，即保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)了能源利用的多樣化。所以，分布式發(fā)電系統(tǒng)迅速發(fā)展起來。當(dāng)分布式發(fā)電的輸出電能大于本地用戶消耗的電能時(shí)，將多余的電能輸入電網(wǎng)，補(bǔ)充電

100、網(wǎng)系統(tǒng)，可以提高分布式發(fā)電電能的利用率。所以，分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行是現(xiàn)在分布式發(fā)電發(fā)展的大趨勢(shì)。</p><p>　　本文從分析并網(wǎng)逆變器的防孤島技術(shù)，對(duì)逆變器控制策略等進(jìn)行研究。并且構(gòu)建了三相逆變器的MATLAB模型。</p><p>　　主要內(nèi)容如下第二章介紹孤島效應(yīng)的概念及危險(xiǎn)，并通過等效電路分析逆變器在并網(wǎng)過程中發(fā)生孤島效應(yīng)的原因。為防止孤島效應(yīng)，重點(diǎn)敘述了多種防孤島技術(shù)的方法。

101、</p><p>　　第三章介紹并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)，列出了幾種并網(wǎng)控制技術(shù)，對(duì)與并網(wǎng)逆變器的控制策略進(jìn)行了比較選定了本文的控制方法。</p><p>　　第四章介紹了MATLAB，并且對(duì)無本文用到的MATLAB中的SimPowerSystems各種元件做了重點(diǎn)介紹。</p><p>　　第五章是搭建了三相逆變器的仿真模型，通過MATAB的仿真并且通過改變各種參數(shù)對(duì)

102、輸出的交流相電壓，相電流，線電壓和直流電流波形進(jìn)行了分析。</p><p>　　由于本課題的研究時(shí)間和個(gè)人能力的有限，在該方向上的研究只是初步的開始，從本課題的研究分析總結(jié)，可以從以下幾個(gè)方面做進(jìn)一步的研究:</p><p>　　1.基于重復(fù)控制的即時(shí)性不強(qiáng)，可以采用其他的控制方法與重復(fù)控制相</p><p>　　合，并將其引入并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)控制中。</p&

103、gt;<p>　　2.針對(duì)并網(wǎng)逆變器在獨(dú)立工作和并網(wǎng)工作兩種模式相互切換，展開研</p><p>　　能做到無縫切換技術(shù)。</p><p>　　3.對(duì)以后電網(wǎng)中大規(guī)模的使用并網(wǎng)逆變器，提出有效的控制方案。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 韓繼明,陳衍妍. 淺談微電網(wǎng)

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