光伏发电、谐波抑制和无功补偿的统一控制器研究

摘要

随着化石能源的日渐枯竭，太阳能作为一种重要的可再生能源受到世界各国的广泛关注，同时也促进了广大学者对并网变流器的研究。传统的并网变流器作为连接太阳能和电网的重要节点，其主要器件为IGBT、MOSFET等开关器件，大规模的接入必然会产生谐波，影响电网稳定性。全球的社会现代化建设加速，对电能质量提出了更高的要求。由于太阳能的非持续性，使得传统型并网变流器的利用率低，从而造成设备浪费，增加电网运营成本。考虑到并网变流器和电力有源滤波器的基本拓扑结构相似，本文提出一种多功能统一控制器，在提供有功能量的同时抑制谐波和补偿无功。 分析多功能统一控制器主电路拓扑在不同坐标系下的数学模型。在dq旋转坐标轴下，画出系统的结构控制框图，同时进行解耦控制，使得控制器中的d轴和q轴成为两个相互独立的控制环。外环采用直流电压控制，通过最大功率跟踪算法获得直流电压的控制参考信号，将外环PI控制器输出信号作为电流内环的指令信号。内环以电网电流为控制量，通过解耦对电网电流中的有功分量和无功分量进行独立控制，从而控制电网电流只存在基频有功分量，达到抑制谐波消和补偿无功的功能。设计双环控制中PI控制器的参数，使其具有良好的频带特性，提高快速跟踪性能。考虑到电网电压作为系统的扰动分量，在系统启动的时候会产生很大的启动电流，影响系统的稳定性，可以通过引入前馈电压控制消除电网电压影响，减小启动电流。本文所提出的的控制方法，通过简化复杂的检测环节，无需检测负载谐波，从而精简设备，节约成本。 本文通过Simulink仿真平台，搭建多功能统一控制器模型。通过仿真结果验证多功能统一控制器能对传输有功、抑制谐波和补偿无功进行统一控制。研制一台实验样机，分析当AD采样模块中加入二阶低通滤波器后，低通滤波器的截止频率对系统稳定性的影响。最后通过实验样机模拟系统在不同环境下的运行情况，从而论证多功能统一控制器的工业实用性。

目录

声明

摘要

第弟一早章瑁绪化论

1．1课题研究的背景与意义

1．2系统中的多功能统一控制器

1．3国内外研究现状

1．4本文的主要研究内容

第二章多功能统一控制器主电路的建模与分析

2．1多功能统一控制器的数学建模

2．2 LCL滤波器参数设计与分析

2．3本章小结

第三章多功能统一控制器并网跟踪控制器的设计

3．1控制参考信号的产生

3．1．1常用的谐波检测和无功检测方案

3．1．2本文所用的控制信号产生方案

3．2多功能统一控制器控制策略环节

3．3基于前馈控制的统一控制器研究

3．4本章小结

第四章仿真分析与实验验证

4．1多功能统一控制器的仿真分析

4．1．1仿真平台简介

4．1．2仿真结果分析

4．2多功能统一控制器实验装置设计

4．2．1实验样机模块介绍

4．2．2实验样机参数

4．2．3实验结果分析

4．3本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

附录