非理想電網(wǎng)條件下三相三電平LCL型并網(wǎng)變換器的控制研究.pdf

1、作為分布式發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的電能轉(zhuǎn)換接口，并網(wǎng)變換器的穩(wěn)定高效運(yùn)行對分布式發(fā)電系統(tǒng)具有重要意義。相較于兩電平變換器，三電平變換器具有諧波特性好和無源器件小等優(yōu)點，可有效提高并網(wǎng)變換器的性能。此外，在實際應(yīng)用中，電網(wǎng)可能存在不平衡、諧波及電網(wǎng)阻抗大等非理想因素，這些因素將直接影響并網(wǎng)電流質(zhì)量，嚴(yán)重時威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文在完成一臺三相NPC三電平LCL型并網(wǎng)變換器實驗樣機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)上，研究了其在非理想電網(wǎng)條件下的中點電位平衡、有源阻尼

2、策略、并網(wǎng)電流質(zhì)量改善以及穩(wěn)定性問題。
　　首先針對中點電位平衡問題，本文推導(dǎo)了中點電位的完全可控區(qū)域以及中點電流和零序電壓分量的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上通過并網(wǎng)實驗對三類基于零序分量注入的中點電位平衡算法進(jìn)行對比分析，指出在并網(wǎng)應(yīng)用中各算法的優(yōu)缺點。針對非理想電網(wǎng)條件，建立中點電位平衡分析模型，分析了基波負(fù)序和諧波電流對中點電位平衡的影響。
　　為了抑制αβ軸系控制下非理想電網(wǎng)對并網(wǎng)電流給定值的影響，本文推導(dǎo)了SRF-PLL的傳遞

3、函數(shù)，并給出了基于–3dB帶寬的PLL參數(shù)設(shè)計方法。進(jìn)一步地，推導(dǎo)了PLL到α軸電流給定值的傳遞函數(shù)，為后續(xù)分析打下基礎(chǔ)。針對非理想電網(wǎng)，采用αβ軸前置復(fù)矢量濾波器概念，推導(dǎo)了DDSRF、DSOGI、MCCF和MSOGI的αβ軸傳遞函數(shù)，在此基礎(chǔ)上分析了各算法的效果和等效性，并通過實驗驗證了算法和分析的正確性。
　　考慮數(shù)字控制需求，本文推導(dǎo)了電容電流反饋有源阻尼的電流環(huán)環(huán)路增益的z域表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上分析了比例反饋有源阻尼的穩(wěn)定

4、性條件，分析表明fs/6為比例反饋的阻尼臨界頻率，當(dāng)fr=fs/6時，系統(tǒng)穩(wěn)定裕度較低，動態(tài)性能較差。出于提高阻尼臨界頻率的考慮，本文提出了一種改進(jìn)型電容電流反饋有源阻尼策略，并給出穩(wěn)定性條件和控制器設(shè)計方法。該策略可將有源阻尼的臨界頻率由fs/6提高至fb(fs/6　　為了抑制非理想電網(wǎng)所引起的擾動并網(wǎng)電流分量

5、，本文從輸出阻抗的角度對電網(wǎng)電壓前饋策略進(jìn)行了對比分析，并指出其局限性。出于提高諧波抑制能力的考慮，本文采用帶相位補(bǔ)償?shù)闹C振控制器，提出了針對LCL并網(wǎng)變換器的補(bǔ)償相角計算方法，并通過實驗驗證了所提方法的有效性。
　　針對弱電網(wǎng)條件，在PLL傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上推導(dǎo)了基于輸出阻抗且考慮PLL影響的穩(wěn)定性判據(jù)，據(jù)此分析并指出并網(wǎng)電流給定值、并網(wǎng)功率因數(shù)、PLL帶寬及前置濾波器均會影響弱電網(wǎng)條件下并網(wǎng)變換器的穩(wěn)定性，接著對弱電網(wǎng)條件下PLL