【摘要】：近些年,可再生能源的過快增長導(dǎo)致產(chǎn)能過剩,而分布式發(fā)電系統(tǒng)被認(rèn)為是一種很好的解決方案。并網(wǎng)逆變器作為可再生能源發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換的橋梁,其性能的優(yōu)化對分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應(yīng)速度的提高有著至關(guān)重要的作用。模型預(yù)測控制以其算法易于實(shí)施、動態(tài)響應(yīng)速度快以及可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn),在眾多的控制算法中受到最廣泛的關(guān)注。但是模型預(yù)測控制也有其自身的缺陷,比如計(jì)算量大、開關(guān)頻率不恒定等。計(jì)算量大的問題限制其在多電平并網(wǎng)逆變器中的應(yīng)用;開關(guān)頻率不恒定的問題使得并網(wǎng)逆變器輸出電壓的諧波頻譜范圍廣,增加了交流側(cè)濾波電路設(shè)計(jì)的難度。本文針對傳統(tǒng)模型預(yù)測控制計(jì)算量大、開關(guān)頻率變化的問題,提出了幾種基于模型預(yù)測直接功率控制的控制算法。以T型三電平并網(wǎng)逆變器為例,說明了這些算法的優(yōu)越性。此外,為了使并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)發(fā)生故障時能夠穩(wěn)定運(yùn)行,提出了一種模型預(yù)測靈活功率控制算法。針對計(jì)算量大的問題,為了改善傳統(tǒng)模型預(yù)測控制的尋優(yōu)過程,本文提出了兩步模型預(yù)測直接功率控制算法,使循環(huán)計(jì)算次數(shù)從25次降低至12次,同時提出了新的延遲時間補(bǔ)償方法來提高并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)態(tài)性能。針對開關(guān)頻率不恒定的問題,本文在兩步模型預(yù)測直接功率控制算法的基礎(chǔ)上,提出雙開關(guān)矢量模型預(yù)測直接功率控制算法。該算法的開關(guān)序列包括兩個開關(guān)矢量來實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié),并同時平衡直流母線中點(diǎn)電壓。相對于傳統(tǒng)模型預(yù)測直接功率控制,當(dāng)三電平并網(wǎng)逆變器采用雙開關(guān)矢量模型預(yù)測直接功率控制時,其輸出電壓的諧波的頻率主要集中在采樣頻率附近,且網(wǎng)側(cè)電流諧波與功率紋波明顯減少。但是雙開關(guān)矢量模型預(yù)測直接功率控制不能減少控制程序的計(jì)算量。吸取兩步模型預(yù)測直接功率控制算法與雙開關(guān)矢量模型預(yù)測直接功率控制算法的優(yōu)點(diǎn),本文提出四步模型預(yù)測直接功率控制算法。該算法使用三矢量開關(guān)序列,來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模型預(yù)測直接功率控制的開關(guān)矢量,達(dá)到實(shí)現(xiàn)開關(guān)頻率恒定的目的。同時提出新的代價函數(shù)和四步尋優(yōu)方法,來降低控制程序計(jì)算量。相比于傳統(tǒng)模型預(yù)測直接功率控制,四步模型預(yù)測直接功率控制不僅可以降低控制程序的計(jì)算量,而且可以實(shí)現(xiàn)恒定的開關(guān)頻率。但是,四步模型預(yù)測直接功率控制的開關(guān)頻率要比傳統(tǒng)模型預(yù)測直接功率控制的高,這使得死區(qū)時間對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)態(tài)性能(如電流諧波總含量)的影響增加。本文提出一種結(jié)合死區(qū)補(bǔ)償與死區(qū)消除的方法來消除死區(qū)時間的不利影響,達(dá)到提高并網(wǎng)逆變器穩(wěn)態(tài)性能的目的。當(dāng)交流側(cè)相電流遠(yuǎn)離過零點(diǎn)時,控制程序采用死區(qū)消除方法來實(shí)現(xiàn)在無死區(qū)時間時完成開關(guān)矢量的切換。當(dāng)交流側(cè)相電流靠近過零點(diǎn)時,控制程序在開關(guān)序列中插入死區(qū)時間,同時通過修正給定的有功功率和無功功率來補(bǔ)償死區(qū)時間的影響。在電網(wǎng)正常時,采用上述方法的三電平并網(wǎng)逆變器具有優(yōu)秀的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能,而當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落或者不平衡時,網(wǎng)側(cè)電流的幅值和諧波會迅速增大。因此,本文提出模型預(yù)測靈活功率控制,來降低故障電網(wǎng)下網(wǎng)側(cè)電流的諧波含量,并提供過流保護(hù)。當(dāng)無功功率給定值為零時,該算法把有功功率的參考值分成兩部分,分別用于消除有功功率振蕩和無功功率振蕩,并且推導(dǎo)出兩部分功率比例η與電流峰值的關(guān)系。通過調(diào)節(jié)η來控制有功功率和無功功率振蕩的幅值,達(dá)到以犧牲最小的額定功率來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù),降低網(wǎng)側(cè)電流的諧波,并將有功功率和無功功率的振蕩降至最低。最后,對本文提出的所有算法通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所述算法都能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。這些算法對模型預(yù)測直接功率控制在功率變換器的應(yīng)用與推廣具有積極的意義。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM464

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2771530