不平衡电网条件下并网逆变关键技术研究

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1、国内图书分类号：TM46学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学博士学位论文不平衡电网条件下并网逆变关键技术研究博士研究生：孙绍华导师：贲洪奇教授申请学位：工学博士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气工程系答辩日期：2015年5月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM46U.D.C:621.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringKEYTECHNIQUESOFGRID-CONNECTEDINVERSIONUNDERUNBALANCEDGRI

2、DCONDITIONSCandidate：SunShaohuaSupervisor：Prof.BenHongqiAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalDrivesAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringDateofDefence：May,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着

3、太阳能、风能等可再生能源并网发电技术的发展，PWM逆变器因具有网侧电流正弦化、单位功率因数、能量双向流动、能够实现电能的“绿色变换”等优点受到广泛应用。然而，在不平衡电网条件下，逆变器中具体存在下面几个问题需要解决：传统的锁相方法在电网发生不平衡时存在锁相精度差、动态响应慢的缺点；按照电网平衡状态运行的逆变器，当电网发生不平衡时并网电流中含有大量的谐波，不能满足GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》中规定的注入公用电网的谐波电流分量允许值；为了避免桥臂直通，需要在逆变器开关管控制信号之间加入死区时间，因而造成了死区效应，导致

4、并网电流中谐波含量增加。为了有效解决上述问题，本文以三相电压型并网逆变器为研究对象，对其相关问题进行了深入研究。并网逆变器中，电网信号的快速准确获取是并网逆变控制的关键。电网电压不对称且含有谐波的不平衡电网条件下，传统的基于信号延时对消(DSC)技术的锁相方法存在锁相精度差、动态响应慢的缺点。为此，提出一种基于快速正负序分离(FPNSD)算法的锁相方法，并分析了FPNSD算法的工作机理，进行了仿真分析和实验验证。结果表明，所提出的基于FPNSD的锁相方法可以消除电网电压中谐波对锁相精度造成的影响，有效提高锁相精度和速度。基于DSC的传统锁

5、相方法和基于FPNSD的锁相方法，均要求电网频率是固定的。当电网频率发生变化时，上述两种方法均不能正常工作。为此，在分析自适应陷波器(ANF)工作机理的基础上，提出一种基于FPNSD-ANF的频率自适应锁相方法，借助ANF的频率自适应单元及时更新基于FPNSD算法中的电网频率，实现了不平衡电网条件下电网频率的自动跟踪。仿真分析和实验结果表明，提出的自适应锁相方法不仅实现了频率变化时的锁相，具有良好的动态性能，且结构上不需要压控振荡器，因此具有结构更加简单的优点。不平衡电网条件下的功率补偿控制策略，需要利用电流正序分量进行补偿功率的计算，因

6、此电流正序分量提取的准确性就直接影响到功率补偿的准确性。常用的基于瞬时无功功率理论的谐波电流提取方法，存在动态响应慢和无法实现特定次谐波提取的缺点。为此，在详细分析电网不平衡时逆变器谐波电流产生机理的基础上，提出一种基于多通道ANF的谐波电流提取方法。该方法可以为并网逆变器不平衡电网条件下的功率补偿、特定次谐波抑制等应用场合提供准确的参考信号。最后通过实验验证了算法的有效性。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文为了改善并网逆变器在不平衡电网条件下的运行性能，利用瞬时功率理论进行了逆变器功率脉动及功率补偿控制效果分析。在此基础上，为了减少并

7、网逆变器对电网注入的二倍频功率脉动，基于直接功率控制、提出一种改进的功率补偿控制策略，改进后的功率内环中禁止电压负序分量参与功率内环调节。仿真分析和实验结果表明对功率内环进行改进后，在实现无负序电流注入电网、输出有功功率无二倍频脉动和输出无功功率无二倍频脉动等3种不同控制目标的同时，提高了补偿功率精度，降低了并网电流THD，极大的改善了并网逆变器的运行性能。逆变器开关控制信号之间加入死区时间后，控制电压中产生的误差电压导致并网电流发生畸变。为了减少死区造成的影响，在进行逆变器死区效应分析的基础上，将死区时间进行在线调整，提出一种基于指数趋

8、近律的快速终端滑模死区补偿策略。分析了快速终端滑模控制的原理、进行了滑模控制器的设计，利用Levant微分器替代滑模控制器中的微分运算，增强了滑模控制器的抗噪声干扰能力。该方法无需电流极性检测