应用于分布型发电三相并网逆变器控制概述

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1、应用于分布型发电三相并网逆变器控制概述1绪论1.1分布式发电系统的发展概况分布式发电近年来成为电力电子和电力系统学界的研究热点，并取得了很多突破性的进展。根据美国分布式发电联合会（DPCA)研究表明分布式能源会占据来来新发电容量的20%,在全球范围内，已安装的分布式发电装置已经达到300万台，并且以每年超过80000MVA的速度递增⑴。分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源，以减小其对大电网的冲击。当电力系统发生故障时，分布式电源往往都必须在第一时间退出运行

2、。分布式发电对电力系统的影响是多方面的，既有积极的一面，也有消极的一面，因此必须对分布式发电系统运行时的性能进行全面的分析和研究，以确保其在不对电网中其它用电设备造成影响的前提下安全稳定的运行。1.2分布式发电在新能源领域的应用随着社会的发展，人们对能源的需求日益增加，但由于传统的化石燃料趋于枯竭以及温室气体排放的增加，全球面临着能源紧缺的危机，合理开发新能源发电技术和提高现有能源的利用效率是当前一项紧迫的课题[4-7]。常见的分布式发电类型包括太阳能发电、生物质能发电、风能发电、小水电、燃料电池等，在国

3、外应用较为成熟。表1.1是世界各国政府制定的未来可再生能源的发展计划[4]。太阳能的转换和利用方式比较成熟的是光电转换[5]。太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。具有无噪声、无污染、能量随处可得等特点，相对于常规发电方式有很多优点。因此，开发利用太阳能是现在的研究热点之一。随着人们对可再生能源认识的提高，太阳能发电的前景将非常广阔。风力发电是将风能转化为电能的技术。风力作用在叶片上带动发电机转动，从而产生电能。风能也是一种清洁能源，没有任何污染，而且适用于在无电网的边远地区

4、工作。风力发电技术在最近几年已经趋于成熟，成本直逼清洁煤发电，也是一种非常有潜力的技术。综上所述，大力发展以太阳能风能为代表的新能源和可再生能源是应对气候变化和环境污染的重要手段。而分布式发电非常适用于新能源领域。将分布式发电应用在新能源中，不仅能够更好的发挥新能源的作用，同时还能够有效的发挥分布式发电的优势。因此分布式发电技术的研究对于新能源领域也具有非常重要的意义。2三相并网逆变器主电路研究和设计2.1三相半桥式逆变器拓扑逆变器是一种很重要的电力电子变换器，它通过半导体功率器件将直流电能变换成交流电能

5、。从原理上讲，逆变器主要分为相控逆变、方波逆变和脉冲调制型逆变_。在绝缘栅双极型晶体管（IGBT)等全控型器件还没有发展起来时，相控是主流的电能变换方式。通过控制晶闹管每个周期开启的角度，使得电路工作在整流或者逆变状态。这种方式对器件要求低，半控型晶闸管就可以实现。但其得到的电能质量很差，而且相角的控制有局限性，功率因数不高。当全控型器件（如可关断晶闹管GTO)出现时，产生了一种叫做方波逆变的逆变方式。通过每个工频周期的通断，产生方波来实现电能的转换。相比于相控逆变，方波逆变的可控性有了提高，同时功率因数

6、也大大提升了。但是方波中含有的谐波分量较大，电能质量仍不能满足要求。随着器件的发展，以IGBT为代表的现代全控型器件得到了人们的注意。IGBT相对于GTO,其开通关断速度都得到了极大的提高，因此脉宽调制（Paulseodulation,P)逆变的方式就被引入了进来。P逆变通过控制输出的脉宽，根据等面积原则得到正弦的输出波形。其功率因数可以迖到1，而谐波分量也要远远小于前两种方式，因此现在使用的逆变技术主要是P逆变技术，而这也是本文研究的重点。在三相P型并网逆变器系统中，主要使用的拓扑为三相半桥式结构，而这

7、也是本文所采用的结构。本章首先介绍了三相半桥式逆变器的工作方式，然后对滤波器进行分析，完成了连续系统建模，最后完成系统的设计。2.2滤波器分析从上一节对P型逆变器的工作方式介绍可以知道，这种逆变器是依靠高频斩波调节输出脉冲宽度从而实现正弦输出的。在实际使用中，需要使用滤波器滤除pmi输出的高频分量，得到平滑的正弦波形。根据设计指标和器件特性，选定功率器件为三菱第五代型号为PM75CLA120的智能功率模块（IntelligencePon;15V为霍尔传感器供电；1路5V为控制电路供电；1路24V为继电器供

8、电。3三相并网逆变器基本控制系统设计..........183.1锁相环设计..........183.2带电网电压补偿的PI调节器控制..........183.2.1电流反馈量的选择..........193.2.2PI调节器设计..........213.3两相静止坐标系下的比例谐振控制..........223.4实验验证..........263.5本章小结..........284基于状态变量反馈的并网逆变器控..