基于改进型SVM三电平光伏并网逆变器算法研究

【摘要】：二极管中点箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平光伏并网逆变系统辅助LCL滤波装置可对系统输出的电气性能显著改进，而受到广泛使用。但由于其特殊的拓扑结构而存在的中点电位、共模电压和系统效率等控制与效率问题，使得该拓扑在学术研究与工程应用等领域面临挑战。 针对上述问题的解决，本文一改以往常在控制环中添加算法对其进行优化的方法，而通过改进调制环算法达到平衡中点电位、抑制共模电压、提升系统效率的目的。结合实际拓扑中参数的设定，通过对系统稳态运行时系统中点电流瞬时表达式的推导，确立了一个满足系统安全稳定的阀值。并在阀值的基础上，分析了三电平空间矢量表中27个空间电压矢量中对中点电压和共模电压的影响，得出了中点电位与共模电压在控制上存在一定互斥性，提出了一种基于阀值控制的改进型空间矢量调制(improved space vector modulation,ISVM)算法，即基于阀值控制的改进型SVM七/五段式交替调制算法。该算法在中点电位的阀值范围外，采用单控制周期中点电荷极大守恒的七段式调制方法来平衡中点电位，该方法具有控制中点电位精度高，系统响应速度快等特点；在中点电位的阀值范围内，采用受约束矢量的五段式调制方法来抑制共模电压，并且该五段式调制方法的应用，不仅将系统输出的共模电压幅值减小了50%，而且可以通过将开关次数降低1/3，实现了降低开关损耗、提升系统效率的目的。值得一提的是，系统运行时改进型调制方式的切换由控制器根据系统性能的要求决定，相比其他人为的设定切换模式的方法具有更强的灵活性；而且改进算法中的大多数实现方式可以通过离线的方法获得较为简单的显示表达式，所以在实际应用中并不会增加系统设计的复杂度和加大处理器的运算负担，因此具有较强的实用性。 本文针对改进型算法涉及的理论分析、数学运算做了相应的验证，并通过仿真和实验很好地证明了所设计的改进型SVM调制算法对控制中点电位、抑制共模电压、提升系统效率的良好表现。 【关键词】：中点箝位型 三电平光伏并网逆变系统 中点电位 共模电压 阀值控制 空间矢量调制
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 引言7
• 1.2 国内外研究背景与现状7-9
• 1.2.1 研究背景7-8
• 1.2.2 研究现状8-9
• 1.3 研究内容9-11
• 1.3.1 研究综述9-10
• 1.3.2 中点电位问题及平衡方案10
• 1.3.3 共模电压问题及抑制方案10-11
• 1.3.4 降低开关损耗及提高效率方案11
• 1.4 本章小结11-13
• 第2章 光伏逆变器并网控制策略及 SVM 调制原理13-21
• 2.1 引言13
• 2.2 光伏并网逆变器三电平拓扑结构13-15
• 2.2.1 三电平并网硬件拓扑结构13-14
• 2.2.2 三电平工作原理及矢量分布14-15
• 2.3 光伏并网逆变器三电平控制策略15-17
• 2.4 光伏并网逆变器三电平调制策略17-20
• 2.4.1 改进调制方案综述17
• 2.4.2 SVM 方案原理17-18
• 2.4.3 SVM 改进算法18-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第3章 改进型 SVM 调制平衡中点电位策略21-32
• 3.1 引言21
• 3.2 基于阀值控制的三电平 SVM 控制参数设计21-26
• 3.2.1 阀值设定的理论依据21-22
• 3.2.2 中点电流瞬时表达式推导22-24
• 3.2.3 阀值控制器参数与硬件参数设计24-26
• 3.3 基于阀值控制的平衡中点电位方案26-30
• 3.3.1 SVM 调制矢量对中点电位影响分析27-28
• 3.3.2 单控制周期中点电荷极大守恒平衡中点电位28-30
• 3.4 本章小结30-32
• 第4章 改进型 SVM 调制抑制共模电压及降低开关损耗策略32-38
• 4.1 引言32
• 4.2 SVM 调制矢量对共模电压影响分析32-33
• 4.3 阀值控制的抑制共模电压及降低开关损耗五段式方法33-37
• 4.3.1 基于阀值控制的 SVM 五段式调制策略简介33-34
• 4.3.2 受约束矢量抑制共模电压五段式调制34-36
• 4.3.3 五段式调制降低开关损耗分析36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 第5章 改进型 SVM 调制算法仿真与实验验证38-48
• 5.1 引言38
• 5.2 改进 SVM 算法程序设计38-41
• 5.3 仿真验证41-44
• 5.3.1 三电平并网逆变器仿真模型41-43
• 5.3.2 改进型算法仿真结果分析43-44
• 5.4 实验验证44-47
• 5.5 本章小结47-48
• 第6章 总结和展望48-50
• 6.1 总结48-49
• 6.2 展望49-50
• 参考文献50-54
• 发表论文和参加科研情况说明54-55
• 致谢55-56
• 附录56-58

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