NPC三电平光伏并网逆变器及三单相Quasi-PR控制的研究

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面对日渐严重的能源危机和环境问题,寻求可再生并无污染的新型能源成为了人类改善环境和战胜目前能源危机的一个重要途径。作为一种理想的可再生能源,太阳能得到越来越广泛的开发和利用。如今光伏发电是其被开发利用的主要领域之一。在光伏并网发电系统中,并网逆变器的性能直接影响着光伏发电的效率和质量。为此研究高性能的并网逆变器具有很高的工程意义和商业价值。本文以更适合于高中压大功率领域的中点箝位式(NPC)三电平并网逆变器为研究对象,重点研究了并网控制方法,并提出了基于三单相准比例谐振(Quasi-PR)控制的新型并网策略。简化了控制算法,同时提高了系统性能。本文研究的主要内容为:  (1)研究了NPC三电平逆变器的基本原理及关键技术。对于NPC三电平逆变器,先进行了拓扑和运行原理解析,然后详细阐述了该逆变器的两种主要调制方法:SPWM调制和SVPWM调制。在分析了三电平逆变器中性点电位不平衡原因的基础上,针对SPWM和SVPWM两种不同的调制方法,分别提出了基于注入零序分量的中点电位平衡方法和基于调节SVPWM中正负小矢量工作时长的中点电位平衡方法。  (2)研究了NPC三电平光伏并网逆变器的双闭环矢量控制策略。分别在静止和旋转两种不同坐标系下构建了NPC三电平并网逆变器的数学模型,在此基础上,分析了常用的基于电流前馈解耦的双闭环矢量控制策略。对电压外环和电流内环采用的PI控制器进行了详细的参数设计。最后通过MATLAB进行了仿真验证。  (3)对于NPC三电平并网逆变器,设计了新型的三单相Quasi-PR控制策略。鉴于目前控制方法的不足,首先分析比较了PR控制器和PI控制器的控制性能,表明了PR控制器良好的无静差跟踪性能和抗电网扰动能力。为增强系统的抗电网电压频率偏移性能,提出了改进的Quasi-PR控制器,并对Quasi-PR控制器的参数进行了设计分析。此外,为抑制并网电流的谐波含量,进一步设计了基于Quasi-PR控制的分次谐波补偿器。最后通过仿真表明了本文所提控制策略的正确性和优越性。  (4)对于本文提出的三单相Quasi-PR控制策略,设计了NPC三电平光伏并网逆变器系统。该系统设计主要包括主电路设计、系统外围电路设计和系统软件设计。主电路设计部分包括开关器件选型、直流侧电容设计和滤波电感设计;系统外围电路主要设计了信号检测电路和驱动电路;软件设计采用C语言编程,主要包括主程序和中断子程序设计。  至此,对通篇进行概括论述,并对进一步的研究作出前瞻。
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