【正文】 ......................................................43致謝 .....................................................................44附錄 英文翻譯 ...........................................................451. 英文文獻原文 452. 英文文獻翻譯 65 30 1. 緒論隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電力需求迅速增長，電力部門大多把投資集中在火電，水電以及核電等大型集中電源和超高壓遠距離輸電網(wǎng)的建設上，但是，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益凸現(xiàn)，成本高，運行難度大，難以適應用戶越來越高的安全和可靠要求以及多樣化的供電需求。隨著這些新能源發(fā)電系統(tǒng)的日益推廣，逆變器的使用也越來越多。最后，在詳細闡述各元件的取值原則與計算步驟的基礎上，給出了設計實例，并對所設計的逆變器進行了仿真驗證，結果表明，根據(jù)該方案設計的控制器參數(shù)能夠使三相并網(wǎng)逆變器安全、可靠運行且具有較快的動態(tài)響應速度。因此，在分布式發(fā)電接入和切出電網(wǎng)過程中，都會對電網(wǎng)產(chǎn)生注入電壓閃變，電壓波動，頻率偏移等負面影響，所以電力系統(tǒng)經(jīng)常采用隔離限制的方式對分布式發(fā)電的并網(wǎng)運行。國內關于微電網(wǎng)的研究也取得的長足的發(fā)展。發(fā)展新能源，充分利用綠色能源，對我國的經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義。 PWM逆變器的研究現(xiàn)狀光伏、風力等并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、風機和并網(wǎng)逆變器等組成，在可調度式系統(tǒng)中，還會配備蓄電池作為儲能設備。在小功率應用場合，PWM逆變器拓撲結構的研究主要集中在減少功率開關損耗。其他分類方法就主電路拓撲結構而言，均可歸類于電流型或電壓型PWM逆變器之列。三相電壓型PWM整流器拓撲結構成為交流勵磁雙饋發(fā)電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中變流器的首選。1995年， 濾波器代替原有的單電感濾波器，來解決上述問題。無源阻尼法可用于任何成熟的控制策略，最常見的是基于無源阻尼的無差拍控制；另一種方法叫做“有源阻尼法”，它是通過修正控制算法使系統(tǒng)達到穩(wěn)定，消除共振作用，該方法通過增加控制的復雜性避免無源阻尼的損耗問題。但是傳統(tǒng)的直接功率控制策略沒有電流內環(huán)，不能采用已有的有源阻尼方法。網(wǎng)側虛擬磁鏈估算中用電網(wǎng)電流和電容電流來估算PWM 整流器交流側電流。其優(yōu)點是，減少了傳感器的數(shù)量，只需要檢測網(wǎng)側電壓和電流，其余量由狀態(tài)估計器算出。電流控制采用雙內環(huán)的控制結構，第一內環(huán)是網(wǎng)側電流內環(huán)，第二內環(huán)是電容電流內環(huán)。三閉環(huán)的控制策略是專門針對LCL 濾波器提出的，這種控制策略對不平衡電網(wǎng)電壓有較強的魯棒性，但是其原理復雜，控制器較難設計；直接功率控制是近年來較為新穎的一種控制策略，它是從常規(guī)三相電壓源型PWM逆變器的控制中延伸而來，控制原理和結構簡單，采用查表技術，也便于數(shù)字實現(xiàn)，但其開關頻率不固定給濾波器參數(shù)選擇帶來一定困難。我們處在一個“移動”的時代，移動辦公，移動通訊，移動休閑和娛樂。工頻逆變器的頻率為50～60Hz的逆變器；中頻逆變器的頻率一般為40Hz到十幾kHz；高頻逆變器的頻率一般為十幾kHz到MHz。按逆變器主電路的形式分，可分為單端式逆變器，推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。這種拓撲結構存在直流側中點電壓偏移問題,需要保證直流側的兩個串聯(lián)電解電容足夠大,才能夠實現(xiàn)兩個電容上平均分擔直流電壓。下面來分析電壓型三相橋式逆變電路的工作波形，對于U相來說，當橋臂1導通時，當橋臂4導通時， 因此，的波形是幅值為的矩形波。把橋臂5的電流加起來，就可得到直流側電流的波形，每隔60176。因此，對此狀態(tài)方程進行abc→αβ 變換，按照式（216），（217）的轉換矩陣，可得αβ坐標系下的LCL 濾波器狀態(tài)空間方程為： （223） 然后進行αβ →dq根據(jù)式（220），（221）的變換矩陣，可得dq坐標系下的LCL濾波器狀態(tài)空間方程為： （224）式中:——三相電網(wǎng)電壓的基波角頻率 ——三相電網(wǎng)電壓矢量的d，q 軸分量——三相濾波電容電壓矢量的d，q 軸分量——整流器交流側電壓矢量的d，q 軸分量 ——三相電網(wǎng)電流矢量的d，q 軸分量——整流器交流側電流矢量的d，q 軸分量 由式（224） 所示的LCL 濾波器的結構框圖。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，鎖相環(huán)是一種非常有用的同步技術，因為通過鎖相環(huán)，可以使得不同的數(shù)據(jù)采集板卡共享同一個采樣時鐘。當沒有基準（參考）輸入信號時，環(huán)路濾波器的輸出為零（或為某一固定值）。 逆變器的SPWM調制方式分析SPWM(正弦脈寬調制)是調制波為正弦波，載波為三角波的一種脈寬調制法，這項技術的特點是原理簡單，通用性強，控制和調節(jié)性能好，具有消除諧波、調節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的多種作用，是一種比較好的波形改善法。下面是單極性SPWM調制方式的原理：圖23為單極性SPWM調制原理圖，這種調制方式使用半波三角波作為載波，當大于零時，載波為正的半波；當小于零時，載波為負的半波。由于在正半周內,的高電平區(qū)恒寬于的低電平區(qū)，所以TT3沒有同時導通的時刻而使得輸出電壓中只包含和0兩個電平，而在負半周則輸出圖電壓中只包含0和兩個電平，所以這也是一種三態(tài)調制。優(yōu)點：當逆變器并網(wǎng)運行時，可以忽略濾波電容的影響，相當于單L濾波并網(wǎng)，控制器易于設計。缺點：① 設計需要確定三個自由參數(shù)：兩個電感、一個電容，并要綜合考慮紋波衰減率、濾波電感電壓降、電容無功電流、逆變橋紋波電流等因素，具有一定難度。但是阻尼電阻的引入不但產(chǎn)生了較大的損耗，同時增大了電容支路的高頻阻抗，影響了濾波效果。一般的LC濾波器，雖然其結構和參數(shù)選取簡單，但無法平抑輸出電流的高頻紋波，容易因電網(wǎng)阻抗的不確定性而影響濾波效果。在matlab環(huán)境中實現(xiàn)程序為：Matlab程序編寫：L濾波器或LC濾波器 num=[1]。一般采用在已有控制策略的基礎上增加阻尼作用來解決這個問題。和并聯(lián)支路的引入增大了串聯(lián)阻抗，減小了。電感電容的加入將一個一階的電感濾波電路改造成為一個三階電路，在改善濾波器過渡特性的同時，也給高頻分量提供了低阻通路，以減小注入電網(wǎng)的高頻分量。（3）為了避免開關頻率附近的諧波激發(fā)LCL 諧振，諧振頻率應遠離開關頻率，但不能過小，否則低次諧波電流將通過LCL 濾波器得以放大。然而，由于LCL濾波器是一個三階系統(tǒng)，如果沒有引入適當阻尼作用，其諧振會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。 基于無源阻尼的單電流環(huán)控制方案的設計[7] 基于LCL濾波的并網(wǎng)逆變器較早的控制策略是采用無源阻尼的單環(huán)控制策略，該策略的優(yōu)點是電路結構簡單，可以使用較少的傳感器，控制器設計簡單，不足的地方是采用無源阻尼，會增加功率損失，尤其在大功率應用場合，電阻上的功率損耗會更多，并且可能導致發(fā)熱量巨大，就要額外加散熱片，雖然減少了傳感器，但可能由于電阻造成的功率損失、額外增加的散熱設備，長期看來，成本不一定會減少。  4. 系統(tǒng)參數(shù)設計及仿真驗證 系統(tǒng)參數(shù)設計選定直流母線電壓800V，電網(wǎng)電壓380V/50Hz，總功率70kW,開關頻率選定為5kHz, 可得輸出相電流峰值為150A，令為逆變器側濾波電感，為網(wǎng)側濾波電感，為濾波電容，為單環(huán)控制策略中電容所串電阻。詳細分析了并網(wǎng)工作原理，推導了控制方程，設計了一種適合本系統(tǒng)應用的LCL濾波器。韓老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、溫文爾雅的氣度,務實的科研精神、淵博的學識以及對技術的執(zhí)著和熱情都是我學習的榜樣,并將讓我受益終生，在此，謹向敬愛的老師表示衷心的感謝,祝愿韓老師身體健康、工作順利、家庭幸福。 Inverters。另外，還要感謝韓老師的其他研究生，尤其是李騰飛學長，他主要負責定期督促查看我們的畢設進度，也是在這樣的氛圍中，我按照任務書中所安排的順序，有條不紊的完成了本學期的學習工作。，并網(wǎng)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的網(wǎng)側電流控制方法系統(tǒng)不穩(wěn)定，加入阻尼電阻后系統(tǒng)能變得穩(wěn)定，輸出電流含有較大的紋波，但同單電感濾波仿真波形相比紋波要小，并且動態(tài)性加強。根據(jù)前兩節(jié)所述參數(shù)計算方法，可得到：總電感約束值且，又習慣上L1和L2關系為相等或倍數(shù)關系所以可取總電感為1mH，取又由于,且，可得，取100uF。該單環(huán)控制策略采用PI調節(jié)器。通過直接加入阻尼以增加系統(tǒng)阻尼的無源阻尼法，實際上是以犧牲系統(tǒng)的效率為代價，換取更高的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)裕度，為避免這一損失，通過相關控制手段來增加系統(tǒng)阻尼的有源阻尼法得到了更為廣泛的關注。 濾波器參數(shù)的設計步驟(1)電感的計算： （38）U為網(wǎng)側相電壓有效值，為諧波電流峰值，為開關頻率。要滿足，可以增大電容量，也可以增大的電感量，但是增大電容量會減小電容支路對基波的阻抗，增大了無功電流，從而增大了整流器輸出電流容量，但一味地減小電容，要達到同樣的濾波效果，將導致網(wǎng)側電感的增大。根據(jù)電路原理，主要由較小的決定，所以不會太大。另一種方法是通過修正控制算法使系統(tǒng)達到穩(wěn)定，消除共振作用，這種方法叫做“有源阻尼法”。 bode(num,den)LCL濾波器 num=[1]。要達到相同的濾波效果，LCL濾波器的總電感量比L和LC濾波器小得多，有利于提高電流動態(tài)性能，同時能降低成本，減小裝置的體積重量。在采用適當?shù)目刂扑惴?，使用LCL濾波器同樣可以使負載電壓穩(wěn)定在要求的范圍內。LCL濾波器在轉折頻率點存在高幅值的諧振峰，且其相位滯后從90176。缺點：在逆變器并網(wǎng)運行時，由于濾波電容C的存在不可避免的影響入網(wǎng)電流質量。在小功率逆變電路中，從降低電路成本考慮，一般采用半橋逆變主電路和雙極性SPWM調制的方式。當時，T3一直截止而T4一直導通，此時當時，開關管T1導通而T2截至，橋臂中點間電壓；當時，開關管T1截止而T2導通，橋臂中點間電壓。SPWM可分為雙極性SPWM調制，單極性SPWM調制和單極性SPWM倍頻調制三種，半橋逆變電路只能使用雙極性SPWM調制而全橋逆變電路則三種調制方式均用[10]。當有頻率為的參考信號輸入時，和同時加到鑒相器進行鑒相。因為每塊板卡的采樣時鐘都是同步的，所以都能嚴格地在同一時刻進行數(shù)據(jù)采集?？梢钥闯?，基于LCL 濾波器的PWM整流器是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。下面對三相橋式逆變電路的輸出電壓進行定量分析，把輸出線電壓展開成傅里葉級數(shù)得： （25）式中，k為自然數(shù)輸出線電壓有效值為： （26）其中基波幅和基波有效值分別為 （27） （28）下面再來對負載相電壓進行分析，把展開成傅里葉級數(shù)得： （29）式中，k為自然數(shù)負載相電壓有效值為 （210）其中基波幅值和基波有效值分別為 （211） （212）在上述180176。 負載線電壓可由下式求出 （21） 該負載中點N與直流電源假想中點之間的電壓為，則負載各相的相電壓分別為 （22）把上面各式相加并整理可求得 （23）設負載為三相對稱負載，則有，故可得 （24） 的波形為矩形波，但其頻率為頻率的3倍，幅值為其1/3，即為 。三相半橋的也具有較強的帶不平衡負載能力,但這會大大增加系統(tǒng)的體積和重量。按逆變器拓撲結構分類有組合式、半橋式和全橋式逆變器。按逆變器輸出電壓或電流的波形分，可分為正弦波輸出逆變器和非正弦波輸出逆變器。逆變器的種類很多，可按照不同的方法進行分類。  2. PWM逆變器的原理及數(shù)學模型最后，電容電流給定和反饋的偏差經(jīng)過三個比例調節(jié)器作SVPWM 的電壓控制信號。（4）基于三閉環(huán)的電網(wǎng)不平衡控制策略在實際系統(tǒng)中，三相電網(wǎng)電壓不可能完全對稱。（3）基于無源阻尼的無差拍控制策略 為了便于矢量控制的數(shù)字化實現(xiàn)，1998 年，Michael Lindgren 和Jan Svensson 提出了基于LCL 濾波器的斬波器的無差拍控制。該方法設計了基于直接功率控制的有源阻尼方法來抑制LCL濾波器的諧振。常見的有超前網(wǎng)絡法，虛擬電阻法，基于遺傳算法的有源阻尼法。不過，LCL 濾波器本身存在著諧振問題，PWM整流器如同一個諧波源，電流中某次諧波可能會對濾波器產(chǎn)生激勵，從而發(fā)生諧振，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，輸入電流諧波畸變率增大。該諧波進入電網(wǎng)后會影響電網(wǎng)上對電磁干擾敏感的負載，也會產(chǎn)生損耗。電壓型逆變器一般需要在直流側接有平波電容，根據(jù)器件的開關動作，輸出一連串的方波電壓，方波的幅值嵌位在直流電壓上逆變器是個電壓源。對于大功率PWM逆變器，其拓撲結構的研究主要集中在多電平拓撲結構和軟開關技術上。由圖可見，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過配合容量適合的逆變器連接到公共電網(wǎng)上，在白天日照充足情況下，除了提供本地負載，多余電力可以提供給公共電網(wǎng)：夜間或陰天情況，本地