基于LCL滤波器的三相并网逆变器控制技术研究毕业论文 - 图文

基于LCL滤波器的三相并网逆变器控制技术研究毕业论文

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摘要 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 Abstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。 目录 ....................................................................................................................... Ⅲ 第一章 绪论 .......................................................................................................... 1

1.1 三相PWM电压型逆变器的产生背景 .................................................. 1 1.2逆变器的研究现状 ................................................................................... 2 1.2.1 PWM逆变器的研究现状 ................................................................. 2 1.2.2 基于LCL滤波的PWM逆变器的研究现状 .................................. 4 1.3本文的主要内容 ....................................................................................... 8 第二章 PWM逆变器的原理及数学模型 ........................................................... 9

2.1 逆变器的工作原理 .................................................................................. 9 2.2 基于LCL滤波的PWM 逆变器的数学模型 ....................................... 12 2.3 锁相环节的工作原理 ............................................................................. 12 2.4 本章小结 ................................................................................................. 19 第三章 LCL滤波器和控制系统的设计 ............................................................ 20 3.1 LCL滤波器的参数设计 ......................................................................... 20 3.1.1 LCL滤波器的谐振抑制方法 ........................................................ 20 3.1.2 滤波器参数变化对滤波性能的影响 .............................................. 20 3.1.3 滤波器参数设计的约束条件 .......................................................... 21 3.1.4 滤波器参数的设计步骤 .................................................................. 22 3.2 基于无源阻尼的单电流环控制方案的设计 ....................................... 23 3.3 双闭环控制系统的设计 ......................................................................... 25 3.3.1 网侧电感电流外环控制器的设计 .................................................. 25 3.3.2 电容电流内环控制器的设计 .......................................................... 26 3.4 本章小结 ................................................................................................. 26 第四章 系统参数设计及仿真验证 ..................................................................... 27 4.1 系统参数设计 ......................................................................................... 27 4.2 仿真验证 ................................................................................................. 28 4.3 本章小结 ................................................................................................. 32 结论 ....................................................................................................................... 33

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参考文献 ............................................................................................................... 34 致谢 ....................................................................................................................... 36 附录1 开题报告 .................................................................................................. 37 附录2 文献综述 .................................................................................................. 41 附录3 中期报告 .................................................................................................. 46 附录4 英文翻译 .................................................................................................. 52

一、 英文文献原文 ...................................................................................... 52 二、 英文文献翻译 ...................................................................................... 63

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第1章 绪论

第1章 绪论

1.1 三相PWM电压型逆变器的产生背景

随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严重，能源和环境成为21世纪人类所面临的重大基本问题，清洁、可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。近些年来，太阳能光伏(Photovoltaic，PV)发电技术，风力发电技术得到了持续的发展。尤其随着经济的高速发展，我国很多地区的用电缺乏非常严重，一些城市不得不实行分时分区域供电。发展新能源，充分利用绿色能源，对我国的经济持续发展有着极其重要的意义。

现代社会对能源需求不断增加，煤炭、石油、天然气等一次性能源却不断减少，而且其使用又会对环境产生很大危害，为了缓解能源危机，避免环境的进一步恶化，对风能、太阳能等新能源的开发利用显得尤为重要，可再生能源的使用兼具环保性和持续利用性，但是也存在着缺陷和难点。

鉴于我国太阳能、风力资源丰富，可以说是取之不尽、用之不竭，这为我国发展清洁能源事业提供了很好的机遇。而在这些清洁能源利用过程中，并网逆变器是关键。人们一直在电力电子技术的发展中探索一条―绿色\之路，对逆变装置而言，―绿色‖的内涵包括电网无谐波，单位功率因数，以及功率控制系统的高性能，高稳定性，高效率等传统逆变装置所不具备的优越性能。在所有的变换器中，PWM变换器由于其产生谐波损耗小，对通信设备干扰小，整机效率高，而牢牢占据了主流产品的市场。

PWM变换器可以实现电网交流侧电流正弦化，且运行于单位功率因数或者功率因数可调，谐波含量很小，被称之为―绿色电能变换’’。PWM变换器能达到―绿色\逆变器的目的，已经受到国内外学者普遍的重视，成为研究的热点。

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燕山大学本科生毕业设计(论文)

1.2 逆变器的研究现状 1.2.1 PWM逆变器的研究现状

光伏、风力等并网发电系统主要由光伏阵列、风机和并网逆变器等组成，

在可调度式系统中，还会配备蓄电池作为储能设备。其结构示意图如图(1-1)所示。由图可见，并网发电系统通过配合容量适合的逆变器连接到公共电网上，在白天日照充足情况下，除了提供本地负载，多余电力可以提供给公共电网：夜间或阴天情况，本地负载则直接从电网获取所需电能。

电力公司配电线光伏/风能=~~负载

图1-1 并网发电系统结构示意图

PWM控制技术的应用与发展为逆变器性能的改进提供了变革性的思路和手段，结合了PWM控制技术的新型逆变器称为PWM逆变器。将PWM控制技术应用于逆变器始于20世纪70年代末，但由于当时谐波问题不突出，加上受电力电子器件发展水平的制约，PWM逆变器没有引起充分的重视。进入80年代后，由于自关断器件的日趋成熟及应用，推动了PWM技术的应用与研究。

随着PWM控制技术的发展，如空间矢量PWM，滞环电流PWM控制等方案的提出，以及现代控制理论和智能控制技术的发展和应用，PWM逆变器的性能得到了不断提高，功能也不断扩展，PWM逆变器网侧独特的受控电流源特性，使得PWM逆变器作为核心设备被广泛应用于各类电力电子应用系统中，经过国内外专家学者多年的研究，PWM逆变器在电路拓扑结构，数学模型，控制方法，电网电压不平衡，系统特性等方面取得了丰硕的研究成果。PWM逆变器经过30多年的探索和研究，取得了很大的进展，其主电路从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型器件桥路；其拓扑结构从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；PWM开关控制由

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第1章 绪论

单纯的硬开关调制发展到软开关调制；功率等级也从千瓦级发展到兆瓦级，随着PWM逆变器技术的发展，已经设计出多种PWM逆变器，并可分类如下：

一、按照电网相数分类：单相电路，三相电路，多相电路； 二、按照PWM开关调制分类：硬开关调制，软开关调制； 三、按照桥路结构分类：半桥结构，全桥结构；

四、按照调制电平分类：二电平，三电平电路，多电平电路； 对于不同功率等级以及不同的用途，人们研究了各种不同的PWM逆变器拓扑结构。在小功率应用场合，PWM逆变器拓扑结构的研究主要集中在减少功率开关损耗。对于中等功率场合，多采用六个功率开关器件构成的PWM逆变器，包括三相电压型PWM逆变器和三相电流型PWM逆变器，这是本章介绍的重点。对于大功率PWM逆变器，其拓扑结构的研究主要集中在多电平拓扑结构和软开关技术上。多电平拓扑结构的PWM逆变器主要应用于高压大容量场合。此外，由于软开关技术(ZVS、ZCS)在减小开关损耗、抑制电磁干扰、降低噪声等方面具有显著的优势，近年来在电压型PWM逆变器设计上受到了广泛的重视，并得以迅速发展。而电流型PWM逆变器的软开关技术研究相对较少，有待进一步研究。

根据直流储能元件的不同，PWM逆变器又分为电压型PWM逆变器和电流型PWM逆变器。电压型、电流型PWM逆变器，无论是在主电路结构、PWM信号发生以及控制策略等方面均有各自的特点，并且两者间存在电路上的对偶性。其他分类方法就主电路拓扑结构而言，均可归类于电流型或电压型PWM逆变器之列。 * 电压型逆变器：

以单相电压源逆变器为例，其主电路结构如图(1-2)所示。

电压型逆变器一般需要在直流侧接有平波电容，根据器件的开关动作，输出一连串的方波电压，方波的幅值嵌位在直流电压上逆变器是个电压源。该逆变器以对角线T1和T4，对角线T2和T3构成两组联动开关，两组开关交替开通，其结果是在负载端输出分别为正和负的方波电压。具体器件的开关顺序选择，根据控制目的的不同也存在多种控制方式，如方波逆变控制，

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