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分布式发电系统并网及切换控制技术

作　者: 周彦
导　师: 段善旭
学　校: 华中科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 分布式发电系统并网控制双电流闭环控制双模运行控制无缝切换比例谐振控制器 δ算子
分类号: TM619
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 397次
引　用: 2次
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内容摘要

由于人们对供电质量要求的不断提高以及化石能源危机日益突出,使得分布式发电系统成为21世纪电力领域最重要的发展方向之一。作为分布式电源与电网和负载间的接口,电力电子装置成为了分布式发电技术中不可或缺的一部分。本文基于三相并网系统,重点分析和研究了基于电力电子的并网和切换控制技术。论文首先建立了基于LCL的三相并网系统的状态空间模型,指出在旋转坐标系下d轴和q轴间存在着复杂的耦合关系,在静止坐标系下α轴和β轴之间无耦合关系。介绍了LCL滤波器的滤波特性和谐振特性,从控制角度比较了其与L滤波器的差别,并在此基础上把LCL滤波器等效为低频极点和高频极点的组合,有助于对系统更清晰的了解和分析。依据阻尼谐振峰的不同原理将现有基于LCL滤波器的并网控制策略分为三大类,即加入阻尼电阻增加滤波器阻抗、抑制谐振激励源、补偿滤波器中谐振分量。分别从稳定裕度、控制器鲁棒性、传感器数量等方面,比较了这三类方法的优缺点。通过实验验证了对不同策略稳定裕度的分析。详细分析了并网电流作为外环控制量、电容电流作为内环控制量的双电流闭环控制策略,对该策略的抗电网干扰性、控制器鲁棒性、对强弱电网的适应性等进行了讨论。提出了一种基于非完全极点配置和零极点对消的控制器设计方法,得到一组最优化的控制器参数。实验证明电容电流内环的引入可以有效地补偿滤波器中的谐振分量,也说明了控制器设计方法的有效性。讨论了现有的双模式运行控制策略,设计并实现了一种基于多闭环控制的双模式运行策略。仅检测三个控制量的基础上,在独立运行模式和并网运行模式下均实现了双闭环控制策略,两者共用电容电流内环,保证了两种模式下系统都具有很好的稳定性、动态性能和抗扰动性能。从并网模式向独立模式切换的过程中,通过设置电流控制器指令为零,加快晶闸管关断速度,保证系统迅速与电网脱离,提高了负载电压的连续性。为了避免复杂的解耦,选择在静止坐标系下对系统进行控制,并引入比例谐振(PR)控制器对交流信号进行稳态无差地跟踪。讨论了PR控制器数字实现时的难点,介绍了PR控制器分别基于q算子和δ算子的两种实现方式,利用数学解析手段证明了基于δ算子实现控制器时对数字精度要求低于q算子。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 分布式发电系统介绍  10-17
  1.2 本文的主要研究内容  17-18
2 LCL 滤波器数学模型、特性及设计  18-28
  2.1 LCL 滤波器数学模型  18-20
  2.2 LCL 滤波器特性  20-26
  2.3 LCL 滤波器设计  26-27
  2.4 本章小结  27-28
3 并网控制策略  28-50
  3.1 LCL 滤波器的阻尼方法  28-36
  3.2 双电流闭环控制器设计  36-44
  3.3 双电流闭环控制器性能分析  44-45
  3.4 实验验证  45-49
  3.5 本章小结  49-50
4 独立与并网双模式运行及其切换  50-63
  4.1 无缝切换  51-52
  4.2 双模式运行策略概述  52-56
  4.3 基于多闭环控制的双模式运行策略  56-62
  4.4 本章小结  62-63
5 PR 控制器的数字实现  63-74
  5.1 Delta 算子  63-64
  5.2 PR 控制器数字实现难点  64-66
  5.3 基于两种算子实现的比较  66-70
  5.4 仿真与实验  70-73
  5.5 本章小结  73-74
6 全文总结与工作展望  74-76
  6.1 全文总结  74-75
  6.2 工作展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-83
附录1 攻读学位期间发表论文目录  83

分布式发电系统并网及切换控制技术

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