分布式发电并网逆变器设计及相关控制方法研究

论文摘要

近年来,随着能源短缺和环境污染的加剧,可再生能源分布式并网发电技术逐渐成为研究的热点。并网逆变器作为整个分布式并网发电系统的核心部件,其拓扑结构和控制技术越来越受到关注。其主要控制问题是逆变器输出正弦波电流控制技术,要求并网电流能实时跟踪电网电压频率、相位和并网容量给定的变化,且电流的总畸变失真要低,以减小对电网的谐波影响,即使得逆变器以单位功率因数输出电流。本文的主要内容有:第一章对并网逆变器研究的背景及国内外发展现状进行了阐述,重点介绍了拓扑结构和控制技术方面的相关研究。第二章从电路拓扑结构上阐述了电压型并网逆变器的基本工作原理,并详细推导了系统各元件参数的设计方法。第三章从并网逆变器的数学建模出发,构建了闭环控制系统。在分析系统控制目标和性能要求的基础上,提出了改进PI控制和鲁棒控制的控制策略。对比了两种控制方法的性能,详细讨论了设计步骤。并做了相关的仿真分析。第四章详细介绍了基于TMS320F2808 DSP的并网逆变器数字控制系统的硬件和软件设计。第五章为30kW三相并网逆变系统试验样机的研制。系统运行安全、可靠。优良的实验波形证实了本文所采用控制方法的有效性。最后对本文工作做了总结和展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 国内外可再生能源开发的研究现状及应用前景
• 1.1.2 可再生能源分布式发电系统概况
• 1.2 分布式发电系统的并网标准
• 1.3 分布式发电并网逆变器的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 并网逆变器拓扑结构的发展现状
• 1.3.2 并网逆变器控制技术的研究现状
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 并网逆变器基本理论及其参数设计
• 2.1 SPWM技术简介
• 2.2 单相电压型并网逆变器的基本原理
• 2.2.1 主电路简化结构及工作状态分析
• 2.2.2 系统参数设计
• 2.3 三相电压型并网逆变器的基本原理
• 2.4 本章小结
• 3 并网逆变器控制策略的研究与实现
• 3.1 单相并网逆变闭环控制系统的数学模型
• 3.2 数字PI控制器
• 3.2.1 模拟PI控制器的数字化
• 3.2.2 PI调节器的参数设计
• 3.2.3 改进型数字PI调节器
• 3.3 基于误差空间法的鲁棒跟踪控制
• 3.3.1 PI控制的缺陷
• 3.3.2 状态空间设计法的优点
• 3.3.3 鲁棒跟踪控制器的设计步骤
• 3.4 并网逆变器数字同步鉴相环设计
• 3.5 模型仿真分析与性能比较
• 3.5.1 单相并网逆变器仿真
• 3.5.2 三相并网逆变器仿真
• 3.6 本章小结
• 4 基于DSP的并网逆交控制系统设计
• 4.1 TMS320F2808 DSP及开发环境介绍
• 4.2 并网逆变控制系统的硬件设计
• 4.2.1 系统总体结构设计及各部分功能介绍
• 4.2.2 系统启停控制逻辑
• 4.2.3 IGBT驱动电路
• 4.2.4 信号采样调理电路
• 4.2.5 按键电子去抖电路
• 4.2.6 单片机数码显示电路
• 4.2.7 系统保护
• 4.3 并网逆变控制系统的软件设计
• 4.3.1 软件总体设计思路
• 4.3.2 主程序设计
• 4.3.3 中断服务程序设计
• 4.3.4 重要软件注意事项
• 4.4 本章小结
• 5 三相并网逆变系统试验样机的研制
• 5.1 试验参数及整机效果图
• 5.2 试验结果分析
• 5.2.1 电网电压过零检测波形
• 5.2.2 直流母线电压波形
• 5.2.3 逆变器并网实验波形
• 5.2.4 不同功率等级下的波形分析
• 5.2.5 两种控制方法对比波形
• 5.3 本章小结
• 6 总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 作者简历