提高微电网母线电压质量的逆变器控制策略研究

作     者：杨媛媛 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任碧莹;张志华

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：微电网 组合式三相逆变器 电压质量 平衡的参考电压控制 自调整频率的多谐振控制器 

摘      要：微电网是具有集成可再生能源、降低发电成本等优点的小型发配电系统。随着微电网发展规模的不断扩大,对系统性能的要求也逐渐提高。同时,随着应用场景的多样化,不平衡非线性负载日益增多容易影响孤岛微电网中母线电压质量问题,而微电网中各分布式电源逆变器优化控制是解决途径之一,因此研究孤岛微电网逆变器的控制策略具有重要意义。针对孤岛微电网公共交流母线电压对称性和波形质量易受不平衡非线性负载影响的问题,本文采用组合式三相逆变器作为各分布式电源的拓扑电路,建立了该逆变器的数学模型,在阐述了传统控制策略原理的基础上,分析了不平衡非线性负载对母线电压质量的影响,得出逆变器参考电压的平衡性和系统等效阻抗的降低是提高电压质量的两大要素。基于此,本文设计了新型控制策略。首先,针对不平衡的三相参考电压带来输出电压不对称的问题,设计了平衡的参考电压控制使逆变器各相产生对称的参考电压。然后针对由不平衡非线性负载带来的谐波电流在输出阻抗上产生谐波电压降落的问题,提出了自调整频率下的准比例多谐振控制器及其离散化的系数自调整策略,并引入输出电流前馈控制进一步降低逆变器输出阻抗。这些方法在提高系统开环增益的同时可有效减小逆变器各次频率处的输出阻抗,改善因逆变器输出阻抗压降带来的不平衡和电压波形质量问题。最后,通过仿真模拟和实验平台结果证明了设计控制方法的可行性。利用PSIM仿真软件搭建了以组合式三相逆变器为主电路的系统仿真模型,验证了系统带不平衡非线性负载时,本文设计控制方法的有效性。同时搭建了基于ARM——STM32F407ZG控制芯片的数字控制系统实验平台,通过实验验证了本文设计控制方法的合理性,可使得逆变器输出侧母线电压质量得到改善。