《单相并网逆变器电流谐波抑制方法研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相并网逆变器电流谐波抑制方法研究（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 分 类 号 学号 M200971093 学校代码 10487 密级 硕士学位论文硕士学位论文 单相并网逆变器单相并网逆变器电流谐波抑制方法电流谐波抑制方法研究研究 学位申请人：李学位申请人：李 然然 学 科 专 业学 科 专 业 ：电力电子与电力传动电力电子与电力传动 指 导 教 师指 导 教 师 ：彭彭 力力 教授教授 答 辩 日 期答 辩 日 期 ：2012 年年 1 月月 8 日日 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Engineering R
2、esearch on the Method of Current Harmonic Suppression in Single-Phase Grid-connected Inverters Candidate: LI Ran Major: Power Electronics and Electric Drive Supervisor: Prof. PENG Li Huazhong University of Science and Technology Wuhan, Hubei P.R. China 430074 January, 2012独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在
3、导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密
4、，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本文研究课题受到： 台达环境与教育基金会 电力电子科教发展计划 资助重点项目：大功率逆变电源高功率密度关键技术研究(项目号：DREK2010002)资助 谨致谢意！ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文文 I 摘摘 要要 并网逆变器是新能源发电系统中重要的组成部分，它是发电侧和电网的能量接口，对整个系统的性能有重要的影响。为了防止逆变器输出电流中含有的谐波对电网造成污染，在相关的行业标准中
5、对并网电流的波形质量提出了明确的要求。本文从电流控制器的角度入手，针对如何提高并网电流的波形质量展开研究。 通过对文献中存在的常见的电流控制器的论述与对比可以知道，比例谐振(PR)控制器和重复控制器都可以在理论上对正弦形式的指令实现无静差跟踪，且可以对谐波进行抑制。因此本文的主要内容为上述两种控制器在并网逆变电流控制器中的应用。 首先，根据开关状态平均法，建立了逆变桥的准确模型与等效的线性模型，结合滤波器模型，得到并网逆变器的整体的数学模型。分析了若干个产生低次电流谐波的原因，包括电网电压中的谐波、直流侧电压的二次脉动和调制过程中的死区效应。因此在电流控制器的设计必须考虑如何抑制奇次谐波来提高
6、电流波形质量。 其次， 分析了谐振控制器和重复控制器在跟踪指令电流、 抑制谐波中所起的作用。利用 Nyquist 稳定判据对含有谐振控制器的控制系统稳定性做了分析，扩展了谐振控制器的适用范围。采用相位补偿等方法进一步提高谐振控制器的适用频率范围，来抑制较高次数的奇次谐波。推导了重复加比例控制时系统参数的稳定性范围。针对并网电流的谐波成分中以奇次为主，对传统的重复控制器进行了改进，使其只针对奇次谐波起作用，同时还可以提高误差收敛的速度，减小数字实现时计算和存储开销。 最后，在 Matlab/simulink 中搭建了仿真模型，对文中阐述的控制方法进行仿真。在一台单相逆变器上进行了实验验证。 关键
7、字关键字：单相并网逆变器 电流谐波抑制 谐振控制 重复控制 稳定性分析 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文文 II Abstract The grid-connected inverter is an important part of distributed energy generation systems such as PV and wind turbine. It is widely used as the energy interface of the DC system and the AC grid, and has a m
8、ajor impact on the stability and efficiency of the whole system. The inverter is supposed to inject energy into the grid in the form of low THD and high power factor current. However low-order current harmonics can be observed which are caused by the harmonics existed in the grid voltage and the dea
9、d time effect in the PWM modulation. It is impossible to eliminate them by an L or LCL filter. So the harmonics must be suppressed by a proper-designed current controller. PR controller and repetitive based controller have the similar frequency response with infinite gain at particular frequencies.
10、So both of them can achieve zero steady state error when the reference is sinusoidal, or cancel the effect of disturb signal in those frequencies. In this paper, multiple resonant controller and repetitive based controller are used to suppress the low order harmonics in the current. The stability an
11、alysis and the parameters design of both types of controllers are discussed. Simulations and experiments are carried out to validate the theoretical analysis. The main content of each chapter is as follows: In the second chapter, an accurate model of the grid-connected inverter is established. The c
12、auses of current harmonics are explained. In the third chapter, current controller based on multiple resonant controller is discussed. Due to the sudden change of the frequency response at the resonant frequency, the stability analysis is complicated when performed by Bode diagrams and the phase-mar
13、gin criterion.But the Nyquist curve and the Nyquist stability criterion are used to analysis the stability condition of the control system and it is shown that in this way the process is easier and the result is more intuitive and reliable. The next chapter is on the design method of two types of re
14、petitive based current controller: the traditional one and the odd harmonic repetitive controller. Keywords: single-phase grid-connected inverter; harmonics suppression; PR controller; repetitive controller; stability analysis 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文文 III 目目 录录 摘 要 . I Abstract
15、II 1 绪 论 . 1 1.1. 引言 1 1.2. 并网逆变器以及电流控制器 2 1.3. 本文研究内容 7 2 并网逆变器模型与电流波形质量分析 8 2.1. 单相并网逆变器的数学模型 8 2.2. 电流波形质量分析 12 2.3. 本章小结 15 3 基于谐振控制的电流控制器的设计. 16 3.1. 谐振控制器的频率特性及稳定性分析 16 3.2. 指令放大效应及相位补偿 23 3.3. 谐振控制器的参数设计 26 3.4. . 30 仿真与实验3.5. 35 本章小结4 基于重复控制的电流控制器的设计. 36 4.1. . 36 重复控制以及含有重复控制的复合控制4.2. 38 重复
16、控制器的稳定性分析与参数设计华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文文 IV 4.3. . 46 仿真与实验本章小结 49 4.4.5 全文总结与展望 50 致 谢 51 参考文献 . 52 附 录 1 攻读硕士学位期间发表的论文目录 56 附 录 2 攻读硕士学位期间参与的科研项目. 57 附 录 3 本文所用到的谐振控制器设计的 m 语言程序 . 58 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文文 1 1 1 绪绪 论论 引言引言 1.1.在进入 21 世纪以来，全球人口数量增长速度未见放缓，而人类对基本生存和生活质量的要求日益提高，导致人类对能源的消耗量与日俱增。伴随而来是煤、石油、天然气等传统化石能源存
