【摘要】：風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部分就是并網(wǎng)逆變器,逆變器對于風力發(fā)電機而言,相當于是非線性負載,能夠帶來大量的諧波,因此在風力發(fā)電系統(tǒng)中,尤其網(wǎng)側濾波器是不可或缺的。并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的后級輸出濾波器有三種類型:L、LC、LCL。比較三者的濾波性能,可以發(fā)現(xiàn)在開關頻率比較低的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中,L、LC濾波器需要較大的電感量才能滿足對高次諧波的濾波要求,成本較高。由于高次諧波衰減特性好以及所需較小電感等特點,LCL濾波器在并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中逐漸替換了傳統(tǒng)的L、LC濾波器。但是LCL濾波器的引入,會給系統(tǒng)帶來諧振問題,需要采用適當?shù)目刂撇呗詠斫鉀Q這一問題。所以本文以LCL濾波器并網(wǎng)逆變系統(tǒng)為研究對象,研究了在理想電網(wǎng)電壓和不平衡電網(wǎng)電壓兩種情況下的電流控制策略。本文首先對LCL濾波器進行了分析設計,然后建立了LCL濾波并網(wǎng)逆變系統(tǒng)在理想電壓條件和不平衡電網(wǎng)條件下數(shù)學模型。在理想電壓條件下,分別研究了網(wǎng)側電流反饋和逆變器側電流反饋控制策略。針對LCL濾波器的諧振問題,討論有源阻尼法和無源阻尼法的抑制效果。無源阻尼法易于實現(xiàn),但增加了系統(tǒng)成本;有源阻尼可以較好地抑制諧振峰,然而控制卻變得復雜,且參數(shù)偏差和逆變器的開關頻率表都會制約有源阻尼法。在此基礎上,基于抵消控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)零極點的思路,就提出了“LCCL”電流反饋控制策略,讓并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)將由三階降階為一階。相對于前面的傳統(tǒng)電流反饋控制方法,該方法不需要復雜的計算,可以讓控制回路的極點增益大大削弱,使系統(tǒng)運行效率得到提高。當實際系統(tǒng)運行在不平衡電網(wǎng)條件時,“LCCL”電流反饋控制策略不一定能夠適用,所以需要研究不平衡電網(wǎng)條件下的控制策略。本文針對傳統(tǒng)控制策略在不平衡電網(wǎng)條件下瞬時功率特性方面的問題,提出了協(xié)調控制瞬時功率波動與入網(wǎng)電流的幅值不平衡策略。然后對比分析采用PIR(比例積分諧振)和PI(比例積分)控制器的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)對諧振的抑制效果和靜差的消除效果。發(fā)現(xiàn)在不平衡電網(wǎng)電壓下,不論低頻,還是高頻,采用PIR控制器,濾波效果都比較好。但是引入諧振控制器,會將提高系統(tǒng)控制復雜程度,于是提出電網(wǎng)電壓前饋并結合逆變器側電流反饋的無阻尼控制策略,能夠消除入網(wǎng)電流受電網(wǎng)電壓的控制影響。通過在Matlab/Simulink仿真中對該策略進行驗證,發(fā)現(xiàn)在不平衡電網(wǎng)電壓條件下,加入電網(wǎng)電壓前饋的控制系統(tǒng)中入網(wǎng)電流波形仍然呈現(xiàn)對稱狀態(tài),沒有發(fā)生變化,降低諧波污染。
[Abstract]:The core part of wind power system is grid-connected inverter. The inverter is equivalent to nonlinear load for wind turbine and can bring a lot of harmonics, so in wind power system, especially grid-side filter is indispensable. There are three types of output filter in grid-connected inverter system: LLLC / LCL. By comparing their filtering performance, it can be found that in grid-connected inverter systems with low switching frequency, large inductance is needed to satisfy the requirements of high-order harmonic filtering and the cost is high. Due to the characteristics of high harmonic attenuation and small inductance, the LCL filter is gradually replaced by the traditional LLC filter in the grid-connected inverter system. However, the introduction of LCL filter will bring resonance problem to the system, which needs to be solved by appropriate control strategy. So this paper takes the LCL filter grid-connected inverter system as the research object and studies the current control strategy under the condition of ideal grid voltage and unbalanced network voltage. In this paper, the LCL filter is first analyzed and designed, and then the mathematical model of LCL filter grid-connected inverter system under ideal voltage conditions and unbalanced grid conditions is established. Under the ideal voltage condition, the control strategies of grid-side current feedback and inverter side current feedback are studied respectively. Aiming at the resonance problem of LCL filter, the suppression effect of active damping method and passive damping method is discussed. The passive damping method is easy to realize, but it increases the system cost. The active damping method can suppress the resonant peak well, but the control becomes complex, and the parameter deviation and the switching frequency meter of the inverter will restrict the active damping method. On this basis, based on the idea of zero pole of the transfer function of canceling control system, a "LCCL" current feedback control strategy is proposed, which will reduce the third order to the first order of the grid-connected inverter control system. Compared with the traditional current feedback control method, this method does not require complicated calculation, and it can greatly weaken the pole gain of the control loop and improve the efficiency of the system. The "LCCL" current feedback control strategy may not be applicable when the actual system is running under unbalanced power network conditions, so it is necessary to study the control strategy under unbalanced power network conditions. In order to solve the problem of instantaneous power characteristics in unbalanced power network with traditional control strategy, a coordinated control strategy is proposed to control the amplitude imbalance between instantaneous power fluctuation and incoming current. Then the resonance suppression effect and static error elimination effect of grid-connected inverter system with PIR (proportional integral resonance) and PI (proportional integral) controller are compared and analyzed. It is found that the filtering effect is better by using PIR controller under unbalanced grid voltage, whether low frequency or high frequency. However, the introduction of resonant controller will increase the complexity of the control system. Therefore, an undamped control strategy based on feedforward voltage feedforward and inverter side current feedback is proposed, which can eliminate the influence of grid voltage on incoming current. Through the verification of the strategy in the Matlab/Simulink simulation, it is found that under the condition of unbalanced grid voltage, the input current waveform of the control system with feedforward voltage of the power network still presents symmetrical state, no change, and the harmonic pollution is reduced.
【學位授予單位】：上海電機學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM614;TM761

【參考文獻】

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本文編號：2405723