单相电流源型逆变器的建模与控制

论文总字数：25120字

摘 要

随着化石能源的枯竭及其对自然环境破坏程度的逐年增加，人们对于新能源发电的需求愈加强烈。由于新能源发电存在不稳定性和间歇性等特点，而逆变器是新能源发电并网装置的核心环节，只有实现对逆变器并网电流的精确控制以减小其谐波含量，才能成功实现新能源并网。因此，针对逆变器控制方面的研究已经成为研究的重点。

本文首先综述了逆变器控制策略等方面的研究现状，对电流源型逆变器和电压源型逆变器逆变器各自的优缺点进行了对比分析，由于电流源型逆变器优势突出，着重对其进行了研究：针对电流源型逆变器的现有拓扑，详细介绍了与之相关的SPWM调制和锁相技术，并研究了d-q控制以及准PR控制的控制策略。

最后，搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型，分别对d-q控制以及准PR控制策略进行了仿真验证，结果显示，并网电流与电网电压波形相位一致，且谐波含量小，验证了控制策略的正确性。

关键词：电流源型逆变器，d-q控制，准PR控制

Abstract

With the depletion of fossil energy and its increasing damage to the natural environment year by year, people's demand for new energy for power generation is becoming more and more intense. Because of the instability and intermittence of new energy generation, the inverters are the core part of the grid-connected devices of new energy generation. Only by accurately controlling the grid-connected current of the inverters to reduce its harmonic content, can the grid-connected new energy be successfully realized. Therefore, the research on inverter control has become the focus of research.

Firstly, this paper summarizes the research status of control strategies of current source inverters and voltage source inverters, and compares their advantages and disadvantages. Because of the outstanding advantages of current source inverters, the current source inverters are emphatically studied. In view of the current topology of current source inverters, the SPWM modulation and phase-locked technology are introduced in detail .And the control strategies of d-q control and quasi-PR control are studied.

Finally, a simulation model based on MATLAB/Simulink is built to verify the d-q control strategy and the quasi-PR control strategy respectively. The results show that the phase of grid-connected current and grid voltage waveform is the same, and the harmonic content is small, which verifies the correctness of the control strategy.

KEY WORDS: current source inverter，d-q controller，quasi-PR controller

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2课题研究现状 3

1.2.1电流源型逆变器应用 3

1.2.2逆变器控制策略 3

1.3本章小结 4

第二章 单相电流源型逆变器的数学模型 5

2.1单相电流源型逆变器的拓扑结构 5

2.2单相电流源型逆变器的PWM调制技术 6

2.3 本章小结 9

第三章 单相电流源型逆变器的控制策略 11

3.1单相电流源逆变器d-q控制 11

3.1.1单相逆变器d-q控制原理 11

3.1.2构造虚拟正交分量的算法 13

3.1.3锁相环 18

3.1.4 基于d-q控制的逆变器控制系统建模 20

3.2 单相电流源逆变器的准PR控制 23

3.2.1 PR控制原理 23

3.2.2 准PR控制器原理及其建模 25

3.2.3 基于准PR控制的逆变器控制系统建模 28

3.3本章小结 30

第四章 总结与展望 32

4.1 总结 32

4.2 未来工作展望 32

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

随着工业化进程的不断推进，对于燃料能源的需求和对环境的污染也日益加剧，由于上个世纪以来对于石油、煤炭、天然气等化石能源的过度开采，地球化石能源的储量日益减少，人类能源危机日益严重，且相关研究表明，这些化石能源的使用会产生并排放出以二氧化碳为主的温室气体，而温室气体的过量排放造成的温室效应会对人类的可持续发展带来巨大威胁，因此亟需大力发展新能源来保证能源供应以实现对环境的保护^[1]。

针对上述背景，人类已寻找到了多种新能源来替代化石能源，如水电、风电、太阳能发电、生物质能发电等，而这些新能源技术的发展水平也不尽相同：在水电领域相关技术发展已趋于成熟，发展前景趋于平缓，生物质能领域虽然能源储量丰富，但其相关技术仍处于发展早期阶段^[2]。所以风电和太阳能发电将会成为很长一段时间内可再生能源发展的主力方向。

但是上述两种新能源却有着天然的缺陷：太阳能发电是通过光伏效应，将光能转化为电能，虽然相较于其他能源来说，太阳能是取之不尽用之不竭的，但通过太阳能发出的电与光照强度、角度强相关^[3]，且阳光与气候、季节、区域强烈相关，也可能在一日内的光照强度变化十分明显，随机性强。而风力发电是由自然风吹动风机叶片带动传动轴转动，从而通过发电机将转动机械能转化为电能，由于自然风的间歇性特点，风力发电输出的电能同样存在间歇性问题。

新能源发出的电能由于其间歇性、不稳定性等特点，直接接入电网会对电网造成不利影响，如：电压波动幅度大，频率不断变化且无规律，从而增加了主网的调峰调频难度；同时也增加了电网稳定运行的潜在风险，可能引发系统潮流多变，增加了有稳定限制的送电断面的运行控制难度等^[4]。

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