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基于线性自抗扰的虚拟电阻型光伏逆变器研究

基于线性自抗扰的虚拟电阻型光伏逆变器研究

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作者：冯健磊华南理工大学

学位级别：硕士

随着“碳达峰”、“碳中和”目标的提出,电力系统的光伏渗透率也会逐步增大,而光伏逆变器作为光伏并网发电的关键接口将在其中发挥着重要的作用。然而目前光伏逆变器基本上仅具备有功、无功输出功能,不仅少有电能质量治理功能,还可能向... 详细信息

随着“碳达峰”、“碳中和”目标的提出,电力系统的光伏渗透率也会逐步增大,而光伏逆变器作为光伏并网发电的关键接口将在其中发挥着重要的作用。然而目前光伏逆变器基本上仅具备有功、无功输出功能,不仅少有电能质量治理功能,还可能向电网输出谐波、造成三相不平衡等问题。实际上光伏逆变器拥有与有源滤波器类似的拓扑结构和电流控制方法,拥有进行电能质量治理的硬件基础,只是常规有源滤波器需要检测非线性负载的输出电流,并不适用于光伏逆变器。本文致力于挖掘光伏逆变器的电能质量治理潜力,引入虚拟电阻控制方法,其仅需检测并网点电压,控制逆变器在谐波频域对外表现为电阻特性,实现谐波抑制功能。本文为提高光伏逆变器的电流跟踪性能,提出采用线性自抗扰电流控制器,建立了lcl型光伏逆变器在αβ坐标系上的数学模型和Boost电路的数学模型,并分别设计了三阶自抗扰控制器和一阶自抗扰控制器,同时为提高控制器的控制带宽,采用梯形法对线性自抗扰控制器进行离散化,通过仿真验证了所提控制器的有效性。针对传统有源滤波器只能就近补偿负载谐波电流的缺陷,本文根据并联电阻对谐波的抑制作用提出了虚拟电阻型光伏逆变器控制思想。结合并网电压和输出电流中的谐波分量引起逆变器直流侧电压波动的机理,提出了基于镜像电阻的光伏逆变器直流侧电压波动抑制控制策略,保证其在高三相不平衡度和高谐波含量的电网条件下稳定并网运行。为进一步发挥光伏逆变器对电网电能质量的治理作用,本文提出了基于谐波功率最大化和基于最大谐波阻尼的虚拟电阻控制策略,前者通过快速傅里叶变换和扰动观察法控制光伏逆变器吸收的各次谐波功率始终维持在最大值,降低电网谐波含量的同时提高用户参与谐波治理的积极性。后者可在电网需要时尽可能地增大光伏逆变器的谐波阻尼,同时维持光伏逆变器直流侧电压稳定。为进一步验证本文所提控制策略的有效性,搭建了基于TMS320F28335的光伏并网逆变器实验平台和实时仿真平台,验证了虚拟电阻型光伏逆变器的可行性,推动了多功能光伏逆变器技术水平的发展。

关键词： lcl型光伏逆变器线性自抗扰控制虚拟电阻谐波抑制谐波阻尼

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lcl型光伏并网逆变器控制研究与设计

LCL型光伏并网逆变器控制研究与设计

引用

作者：梁佳成湖北工业大学

学位级别：硕士

作为太阳能与电网系统之间的桥梁,并网逆变系统是光电转换的关键核心,对并网效率和电能质量要求极高,而并网效率和电能质量受实际并网功率与电流畸变率的影响,因此一个有效的控制策略非常重要。本文以两级式的光伏并网逆变器为模型,对传... 详细信息

作为太阳能与电网系统之间的桥梁,并网逆变系统是光电转换的关键核心,对并网效率和电能质量要求极高,而并网效率和电能质量受实际并网功率与电流畸变率的影响,因此一个有效的控制策略非常重要。本文以两级式的光伏并网逆变器为模型,对传统MPPT控制和逆变器并网控制策略改进,并在此基础上设计了2kW并网实验平台用于实验研究验证。主要内容包括:1.参考项目思路与实验需求选择两级式的光伏逆变器,然后分析对比其典型的拓扑结构,进而选择了lcl型的逆变器,并根据该拓扑结构建立光伏阵列、Boost电路以及lcl逆变器的模型,然后分析在不同坐标系下控制的优缺点。2.其次依据Boost电路工作原理讨论传统的MPPT控制策略,发现系统在最大功率点处震荡且光照变化后可能无法追踪至实际最大功率点。因此本文给出一种恒定参数函数处理的变步长P＆O算法,通过变步长有效降低系统震荡情况,并利用恒定参数函数重新规划光照变化后系统的工作点,使其最终工作在实际最大功率点处且不均匀光照情况越严重控制效果越好,最后在MATLAB仿真模型中验证了该控制策略的有效性。3.然后结合逆变器的模型讨论了lcl型滤波器存在谐振尖峰带来的问题,详细推导传统有源阻尼法工作原理,在其基础上修改电容电流的反馈函数并将并网电流与电容电流的反馈合并成单反馈环,分析对比伯德图可得该方法基本保留传统有源阻尼法的抑制效果同时简化了参数设定与电流反馈环。最后本文采用一种单电流反馈的多重PR控制策略来降低并网电流谐波含量,并在MATLAB中仿真验证了该方法的可行性。4.最后根据校企合作项目光伏600kW发电系统的并网技术要求,设计2kW光伏系统的验证平台。据此选择器件型号和绘制主电路图,根据控制要求依次完成采样电路、驱动电路以及DSP上软件程序设计。在实验室搭建2kW实验平台,分别测试了采样电路与驱动电路信号,并通过实验验证了本文所提出控制策略有效性。

关键词： lcl型光伏逆变器恒定参数处理自适应步长MPPT 单电流环控制多重PR控制器

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