模块化五电平电网模拟器控制系统研究

作     者：李厚祥 

作者单位：上海电机学院 

学位级别：硕士

导师姓名：张永明;李楠

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电网模拟器 模块化五电平逆变器 电网故障 低频抑制 控制器硬件在环 

摘      要：传统煤炭、石油能源的大量开采及使用给环境和物种多样性带来极大的不利影响,近些年来,世界各国愈加重视新能源发电及并网,以减轻不可再生能源在传统发电系统中的使用,随着并网比例和功率等级的提高,新能源并网的要求也在逐步完善和升高,即当电网发生故障时,风力发电设备依然可以并网运行,所以研究分布式发电系统在电网故障下的运行状况变得十分重要,但是电网故障的发生都是不可控的,为了验证风电并网的适应性,设计并研究了专门可以模拟各种电网故障的电网模拟器。论文的主要研究工作如下:1、分析风力发电技术与电网模拟技术的现状,给出电网模拟器拓扑结构并制定电网模拟器相关技术指标,选择合适的整流侧拓扑并设计参数和控制策略,以输出稳定的直流电压给逆变侧供电。2、针对传统大功率电网模拟器存在开关频率低导致的控制带宽低、响应速度慢的问题,提出了模块化五电平电网模拟器拓扑结构,通过桥臂子模块串联提高模拟电压等级。分析逆变侧模块化五电平逆变器的基本工作原理、子模块运行状态,影响桥臂环流的谐波次数,并设计相关重要元件参数。3、为了简化对于模块化多电平逆变器的控制,比较并选取合适的调制策略,针对模拟低频时子模块电容电压波动范围较大的问题,设计了高频零序电压与高频电流注入的子模块电容电压平衡控制,同时针对逆变侧存在的相间环流问题,设计基于多次谐波滤过器和矢量比例积分结合的环流抑制策略,通过仿真验证所设计的电网模拟器拓扑结构、相关参数、控制系统的有效性,模拟电网系统的故障。4、除了对制定的模块化五电平电网模拟器进行软件仿真外,还在RT-LAB中搭建单相3KVA控制器硬件在环平台,验证所提出的低频和环流抑制控制策略的正确性及电网模拟器的有效性。