三相并网变流器解耦控制技术的研究(附件)
传统的化石能源在经过不断地开采和燃烧后，不仅使得环节污染变得严重，而且还将面临能源用尽的危机，因此新能源的开发刻不容缓。并网变流器作为新能源与电网的连接口，它关系着输入电网的电流对电网稳定性的影响，因此它至关重要。 本文介绍了并网逆变技术的发展趋势以及应用领域。本文将采用三相桥式的拓扑结构，选取LCL滤波器。 本文通过建立三种坐标系下的三相并网变流器的数学模型进行电流的转换，分别是abc三相静止坐标系、αβ两项静止坐标系和dq两项旋转坐标系。通过坐标变换将要输入电网的交流量转变为直流量。采用基于电网电压定向的矢量控制方法将直流量解耦成独立量从而方便控制，完成闭环控制的设计。 通过仿真设计了3kw并网变流器的仿真模型，通过控制使系统能够稳定运行。关键词 三相并网变流器，LCL滤波器，电网电压定向，解耦控制目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 并网逆变技术的发展趋势及应用领域1
1.3 解耦技术2
1.4 课题指标及主要研究工作3
2 三相并网变流器的滤波器的设计4
2.1 并网变流器的三种不同形式4
2.2 LCL滤波器参数设计的限制条5
2.3 LCL滤波器的参数的设计方法7
2.4 LCL滤波器的稳定分析9
3 并网逆变的相关技术9
3.1 交流侧的滤波器选择9
3.2 电流的控制技术10
3.3 锁相技术11
3.4 空间矢量脉宽调制技术13
4 三相并网变流器的控制策略16
4.1 基于LCL滤波器的三相并网变流器的数学模型16
4.2 坐标转换与dq模型17
4.3 dq坐标系下的解耦控制21
5 MATLAB仿真23
5.1 Simulink的简介和基本23
5.2 主电路模型25
5.3 电压电流环控制模型26
5.4 解耦控制模型27
5.5 仿真波形27
结 论30
致 谢31
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
与dq模型17
4.3 dq坐标系下的解耦控制21
5 MATLAB仿真23
5.1 Simulink的简介和基本23
5.2 主电路模型25
5.3 电压电流环控制模型26
5.4 解耦控制模型27
5.5 仿真波形27
结 论30
致 谢31
参 考 文 献32
1 绪论
1.1 研究背景
长久以来，人类经济发展所依靠的能源都是化石能源，但随着人类无止尽的开采，化石能源已经慢慢枯竭，难以承担人类发展的需求。燃烧化石能源使得环境污染变得越来越严重。温室效应、冰川融化，人类赖以生存的地球也在面临着危机[1.2]。
随着能源资源日益减少和环境污染日益严重，新能源已刻不容缓，太阳能、风能、水力等自然能源将成为化石能源的替代品[3]。然而在将自然能源转变成为电能后，如果将这些电能储存起来再用将会产生浪费，但是如果直接通过逆变并入电网将会使电网电压发生波动，产生无功功率等问题。因此在通过并网变流器转换成交流电后要保证其电压频率、相位和电网电压的相位频率都相等才可以并入电网。在可再生能源的并网发电过程中，并网变流器作为一类重要的电力电子器件，在控制电网电能的质量等多方面都起到了重要的作用。并网变流器成为分布式发电系统中及其重要的一部分。
电能质量是电网稳定性的重要指标。电能质量包括电压和电流两个方面。常说的电能质量有电网电压的频率变化，相位的变化，幅值的变化；当然还包括有电网电压发生的不平衡的问题等[4]。正常情况下认为发电机所发出的电能传送到电网中时，电网的交流电压是理想的正弦波。在电网中一旦出现无功电流或谐波时都会影响电网电能质量，会损坏工作中的电气设备。
新能源的发电系统可以分成两种，即离网发电系统和并网发电系统。并网发电系统是将新能源产生的直流电能通过三相逆变器输出正弦交流电压电流接入电网。相比于离网发电系统，并网发电有如下优点：并网发电不需要蓄电池来作为储能环节，从而降低了蓄电池放电过程中的能量损耗，避免了蓄电池的制作费用和运行维护费用，也避免了废旧蓄电池所带来的环境污染。并网发电的供电稳定性更好，电能质量也更高。并网发电一般都采用最大功率跟踪控制方式（MPPT），光伏电池板利用效率高。
1.2 并网逆变技术的发展趋势及应用领域
1.2.1 并网逆变技术的发展趋势
在最初的时候，并网逆变技术只是将电能通过并网变流器输入电网即可，人类在对电能质量的要求也在科技不断发展和社会不断进步的大前提下越来越高了。因此，并网逆变技术也开始考虑如何有效提高进网电能的质量，保证并网逆变器的可靠稳定运行。
在理想情况下，可以将电网看作是一个无穷大的交流电压源。并网变流器一般是电压源型输入电流源型输出，当新能源通过并网变流器连接到电网时就相当于是交流电流源与交流电压源相并联，因此就不会产生环流问题。
并网变流器的功率等级在电力电子技术的不断进步和发展的情况下，也变得越来越高。逆变技术也从单相逆变转变为三相逆变，引入高性能的单片机及DSP等数字化芯片，使得并网变流器的控制愈加灵活，并网逆变技术发展迅速。随着科技的不断进步，并网逆变技术将朝着高效、稳定、可靠的方向不断发展。
1.2.2 并网逆变技术的应用领域
新能源的开发也随着自然条件的影响。近几年来，太阳能和风能已经得到广泛的应用。但是太阳能的应用随着日照条件等因素影响着电能的生产。据估计，现在全球风能大约有27.4亿MW，但其中可以利用的风能就有0.2亿MW，是可利用开发的水能的总量的10倍不止[5]。因此，大规模的开发风能是解决全球能源短缺的有效路径之一。
随着科技的快速发展，风力发电取得了很大的成功。在德国、丹麦等国家，风力发电已经成为它们国家电力的重要组成部分，风力发电分别占本国发电总量的7%和20%。照此发展的趋势，风力发电将不再作为补充能源，而会变成一种具有商业发展前景的重要代替能源之一。
随着风力发电等新能源发电并网功率的提高和新能源发电在电力系统中所占的比重的增大，并网逆变技术也越来越被重视。如何解决并网时的电压波动、谐波、稳定性等问题也成为了研究的重要课题。
1.3 解耦技术
在三相并网逆变系统中，经过三相逆变器后所得到的三相交流电流ia，ib，ic之间是相互关联，相互耦合的，因为存在耦合，三相进网电流控制性能受到影响，难以满足要求快速响应的并网逆变场合。但是，为了保证系统的稳定性和不产生额外的无功，需要使得送入电网的电流具有和电网电压相同的频率和相位，否则会引起电网电压的波动或造成功率损耗。因此，在将电流送入电网前必须对其进行控制，但是三相电流的相互耦合特性，使得其用于要求较高的并网逆变场合，控制困难，所以就需要对其进行解耦控制。所谓解耦就是通过建立三相并网逆变器的数学模型，对其进行数学变换，达到三相进网电流的独立线形控制，从而实现系统的快速响应。
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1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 并网逆变技术的发展趋势及应用领域1
1.3 解耦技术2
1.4 课题指标及主要研究工作3
2 三相并网变流器的滤波器的设计4
2.1 并网变流器的三种不同形式4
2.2 LCL滤波器参数设计的限制条5
2.3 LCL滤波器的参数的设计方法7
2.4 LCL滤波器的稳定分析9
3 并网逆变的相关技术9
3.1 交流侧的滤波器选择9
3.2 电流的控制技术10
3.3 锁相技术11
3.4 空间矢量脉宽调制技术13
4 三相并网变流器的控制策略16
4.1 基于LCL滤波器的三相并网变流器的数学模型16
4.2 坐标转换与dq模型17
4.3 dq坐标系下的解耦控制21
5 MATLAB仿真23
5.1 Simulink的简介和基本23
5.2 主电路模型25
5.3 电压电流环控制模型26
5.4 解耦控制模型27
5.5 仿真波形27
结 论30
致 谢31
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与dq模型17
4.3 dq坐标系下的解耦控制21
5 MATLAB仿真23
5.1 Simulink的简介和基本23
5.2 主电路模型25
5.3 电压电流环控制模型26
5.4 解耦控制模型27
5.5 仿真波形27
结 论30
致 谢31
参 考 文 献32
1 绪论
1.1 研究背景
长久以来，人类经济发展所依靠的能源都是化石能源，但随着人类无止尽的开采，化石能源已经慢慢枯竭，难以承担人类发展的需求。燃烧化石能源使得环境污染变得越来越严重。温室效应、冰川融化，人类赖以生存的地球也在面临着危机[1.2]。
随着能源资源日益减少和环境污染日益严重，新能源已刻不容缓，太阳能、风能、水力等自然能源将成为化石能源的替代品[3]。然而在将自然能源转变成为电能后，如果将这些电能储存起来再用将会产生浪费，但是如果直接通过逆变并入电网将会使电网电压发生波动，产生无功功率等问题。因此在通过并网变流器转换成交流电后要保证其电压频率、相位和电网电压的相位频率都相等才可以并入电网。在可再生能源的并网发电过程中，并网变流器作为一类重要的电力电子器件，在控制电网电能的质量等多方面都起到了重要的作用。并网变流器成为分布式发电系统中及其重要的一部分。
电能质量是电网稳定性的重要指标。电能质量包括电压和电流两个方面。常说的电能质量有电网电压的频率变化，相位的变化，幅值的变化；当然还包括有电网电压发生的不平衡的问题等[4]。正常情况下认为发电机所发出的电能传送到电网中时，电网的交流电压是理想的正弦波。在电网中一旦出现无功电流或谐波时都会影响电网电能质量，会损坏工作中的电气设备。
新能源的发电系统可以分成两种，即离网发电系统和并网发电系统。并网发电系统是将新能源产生的直流电能通过三相逆变器输出正弦交流电压电流接入电网。相比于离网发电系统，并网发电有如下优点：并网发电不需要蓄电池来作为储能环节，从而降低了蓄电池放电过程中的能量损耗，避免了蓄电池的制作费用和运行维护费用，也避免了废旧蓄电池所带来的环境污染。并网发电的供电稳定性更好，电能质量也更高。并网发电一般都采用最大功率跟踪控制方式（MPPT），光伏电池板利用效率高。
1.2 并网逆变技术的发展趋势及应用领域
1.2.1 并网逆变技术的发展趋势
在最初的时候，并网逆变技术只是将电能通过并网变流器输入电网即可，人类在对电能质量的要求也在科技不断发展和社会不断进步的大前提下越来越高了。因此，并网逆变技术也开始考虑如何有效提高进网电能的质量，保证并网逆变器的可靠稳定运行。
在理想情况下，可以将电网看作是一个无穷大的交流电压源。并网变流器一般是电压源型输入电流源型输出，当新能源通过并网变流器连接到电网时就相当于是交流电流源与交流电压源相并联，因此就不会产生环流问题。
并网变流器的功率等级在电力电子技术的不断进步和发展的情况下，也变得越来越高。逆变技术也从单相逆变转变为三相逆变，引入高性能的单片机及DSP等数字化芯片，使得并网变流器的控制愈加灵活，并网逆变技术发展迅速。随着科技的不断进步，并网逆变技术将朝着高效、稳定、可靠的方向不断发展。
1.2.2 并网逆变技术的应用领域
新能源的开发也随着自然条件的影响。近几年来，太阳能和风能已经得到广泛的应用。但是太阳能的应用随着日照条件等因素影响着电能的生产。据估计，现在全球风能大约有27.4亿MW，但其中可以利用的风能就有0.2亿MW，是可利用开发的水能的总量的10倍不止[5]。因此，大规模的开发风能是解决全球能源短缺的有效路径之一。
随着科技的快速发展，风力发电取得了很大的成功。在德国、丹麦等国家，风力发电已经成为它们国家电力的重要组成部分，风力发电分别占本国发电总量的7%和20%。照此发展的趋势，风力发电将不再作为补充能源，而会变成一种具有商业发展前景的重要代替能源之一。
随着风力发电等新能源发电并网功率的提高和新能源发电在电力系统中所占的比重的增大，并网逆变技术也越来越被重视。如何解决并网时的电压波动、谐波、稳定性等问题也成为了研究的重要课题。
1.3 解耦技术
在三相并网逆变系统中，经过三相逆变器后所得到的三相交流电流ia，ib，ic之间是相互关联，相互耦合的，因为存在耦合，三相进网电流控制性能受到影响，难以满足要求快速响应的并网逆变场合。但是，为了保证系统的稳定性和不产生额外的无功，需要使得送入电网的电流具有和电网电压相同的频率和相位，否则会引起电网电压的波动或造成功率损耗。因此，在将电流送入电网前必须对其进行控制，但是三相电流的相互耦合特性，使得其用于要求较高的并网逆变场合，控制困难，所以就需要对其进行解耦控制。所谓解耦就是通过建立三相并网逆变器的数学模型，对其进行数学变换，达到三相进网电流的独立线形控制，从而实现系统的快速响应。
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