【正文】 變側(cè)調(diào)節(jié)速度快速； VSC 直流側(cè)電容越大，直流側(cè)負(fù)載擾動時帶來的功率震蕩越小。VSC 直流電壓快速調(diào)節(jié)的電容設(shè)計：(39)*?VSC 直流電壓抑制直流側(cè)電源擾動時的電容設(shè)計：(310)m12LeV??:為中間電容電壓上升至額定直流電壓時間，折中考慮交流濾波電感 ，*rt =25mHL中間濾波電容 。2=350CF? DC/AC 控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器通常由電壓環(huán)和電流環(huán)控制，電流環(huán)的控制方式較多有 PI 調(diào)節(jié)控制、PR 諧振控制、無差拍控制、重復(fù)控制、模糊控制等。本課題電壓環(huán)和電流環(huán)均采用 PI 控制。逆變側(cè)控制環(huán)上的環(huán)節(jié)較多，其中包括脈沖調(diào)制方式；坐標(biāo)變換；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文22有功分量和無功分量解耦；電流環(huán)、電壓環(huán) PI 控制器；最后在考慮 LC 濾波器的濾波特性基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真分析。 SVPWM 調(diào)制方式采用 SVPWM 控制時，相電壓幅值條件和線電壓幅值條件：(311)3dcambdcv?????采用 SPWM 控制時，相電壓幅值條件和線電壓幅值條件：(312)123amdcabdcv?????SVPWM 即電壓空間電壓矢量 PWM，調(diào)制比：(313)rmsdU?為調(diào)制度， 為某一相的指令電壓幅值， 直流電壓。根據(jù) 、扇區(qū) 和smrmUdsm?開關(guān)周期 計算扇區(qū)矢量作用時間 [37]。T 坐標(biāo)變換 [38]通用矢量，是指用一個空間旋轉(zhuǎn)矢量來表示三個在靜止對稱軸（ , , ）上的abc三相投影，這個表示三相投影的物理量的矢量稱為通用矢量。以三相電流為例進(jìn)行分析。三相靜止坐標(biāo)系（ , , ）到兩相靜止坐標(biāo)系（ ， ）的變換。 與 軸重abc???a合， 滯后 ， 在 ， 軸上的投影：??90?I??(314)2cosinmiII???????????在 、 、 三軸上的投影為Iabc(315)??cos120ambciIiI?????????根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系推得，第三章 光伏并網(wǎng)限功率控制系統(tǒng)的 DC/AC 側(cè)設(shè)計23(316)12330abcii i????????????????兩相靜止坐標(biāo)系 ， 到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 、 的變換。dq起始時刻 與 軸重合，兩軸夾角 隨時間變化， 滯后 軸 。d??90?(317)cosindqi ?????????????????兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 、 到兩相靜止坐標(biāo)系 ， 的變換(318)csiinodqi???????????????由上述式子可得，三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣(319)????cos120cs1202iniin3ad bq cii i????????????????? ?? ?鎖相與坐標(biāo)變換，在 MATLAB 中，電源相位為 函數(shù)，鎖相環(huán)相位需要變?yōu)楹瘮?shù)形式。存在下面關(guān)系： ，固坐標(biāo)變換所需 。cos sicos2tt????????? 2t???????????在逆變側(cè)控制系統(tǒng)中需要坐標(biāo)變換的地方鎖相環(huán) 到 和 ， 到 和 以abcEdeqabcIdiq及 SVPWM 中。 系統(tǒng)模型圖 33 為三相并網(wǎng)逆變器模型 [39]：aSb39。aS39。b39。cS1LcS2C1Caubu saubscdci?ci ciaib12aib2ciR圖 33 逆變側(cè)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 Inverter side grid structure內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文24選擇 電感電流 ， ， ，電容 電壓 ， ， 為狀態(tài)變量，在三相平衡的1L1aib1ci2Ccaubc情況下列出 A，B，C 三相的狀態(tài)方程為：(320)111122dckkkosckkckuiitLRiutdiiCt???????????其中 ，cksu?120ockkkkkuii?可根據(jù) Clark 和 Park 變換，可以分別得到 和 坐標(biāo)系下 LC 濾波器的狀態(tài)空間??dq方程：(321)111111221ssscscdiRiutLLiitduitCit?????????????????(322)11111111221ddqsdqqdsqsdcdsqsqcqsdiRiutLLiituiutCit?????????????逆變側(cè)傳遞函數(shù)等效模型圖 34第三章 光伏并網(wǎng)限功率控制系統(tǒng)的 DC/AC 側(cè)設(shè)計25duqu1di1qisdsqucdicqi ss dcu1LR?1LsR??321sC2C?222Cdci圖 34 逆 變 側(cè) 等 效 傳 遞 函 數(shù) 結(jié) 構(gòu) 圖 Inverter side equivalent transfer function structure根據(jù)逆變側(cè)傳遞函數(shù)電流內(nèi)環(huán)加入解耦項 [40]，控制量可描述為：(323)??/ddqdcqheLiu???????? 電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計考慮電流內(nèi)環(huán)信號采樣的延遲和 PWM 控制的小慣性特性，已解耦的 電流內(nèi)qi環(huán)結(jié)構(gòu)如圖 35：qi? qeqi1sT?????1RLs??圖 35 電 流 環(huán) PI 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 圖 of PI regulator for the current—loop以典型 I 型系統(tǒng)對流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計電如圖 36： ??1RLs?1iPsK??qi??? ?圖 36 無 擾動時電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)qe No disturbance when the current structure of the inner ringI 型系統(tǒng)等效的目的：以 PI 調(diào)節(jié)器零點(diǎn)抵消系統(tǒng)模型和延遲環(huán)節(jié)組成的傳遞函數(shù)的極點(diǎn)即可，即 。/iLR??限功率控制系統(tǒng)的電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文26(324)??()iPWMoi sKsRT???根據(jù)典型 I 型系統(tǒng)參數(shù)整定關(guān)系，阻尼比 時，有=07??(325).2siP(326)3iisPWMKT??(327)iiIsR； 為 PWM 開關(guān)周期； 等效橋路增益，一般取直流母線電壓。iLR??sTP電流閉環(huán)傳遞函數(shù)：(328)?? isiPWMiPWMsRTK????電流內(nèi)環(huán)簡化：(329)3cis代入主電路系統(tǒng)參數(shù)和開關(guān)頻率參數(shù)，電流內(nèi)環(huán)傳函計算如下(330)??260=().75iPWMoi ssRTs????電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖如圖 37，圖 37 說明了系統(tǒng)電流環(huán)的穩(wěn)定。10050050Magnitude (dB)102 103 104 105 10618013590Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)圖 37 電 流 內(nèi) 環(huán) 開 環(huán) 傳 遞 函 數(shù) 伯 德 圖 The current inner ring bode openloop transfer function第三章 光伏并網(wǎng)限功率控制系統(tǒng)的 DC/AC 側(cè)設(shè)計27 電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計直流母線電壓控制，發(fā)電機(jī)出力將導(dǎo)致直流母線電壓變化。該電壓需通過充電或放電過程來補(bǔ)償。不考慮損耗，在同步旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系下，認(rèn)為并網(wǎng)變換器的輸入dq和輸出瞬時功率平衡，則下面等式成立：(331)??32dcdqoveiCit????前級注入電流為 ??oit小信號線性化使得(332)???? ?3??2ddqqcddc cdoEeIiEeIiVvvCvit?????通過控制 電流分量控制直流母線電壓 。忽略其他干擾，求得傳遞函數(shù) 。di dc ?dcvi(333)???3?2cdoEiIt??(334)???1dcovRCsi及 (335)odcoVI3dcdE?忽略擾動時的電壓外環(huán)傳函圖 38：1iPsK??dcv??? dcvs1T???21oRs?圖 38 電 壓 環(huán) PI 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 圖 Diagram of PI regulator for the voltageloop直流母線電壓的開環(huán)傳遞函數(shù)為(336)????312pIovIskTHsC??3osRCT:利用兩個截止頻率的幾何平均數(shù)來選擇交越頻率，以獲得最大的相位裕度 ，?這將產(chǎn)生直流母線電壓環(huán)的最佳阻尼。因此伯德圖對于交越頻率 來說是對稱的。c?交越頻率與相位裕度 之間的關(guān)系如下：?(337)1=3csaT?(338)oin???內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文28(339)3IsTa?PI 調(diào)節(jié)器在交越頻率 處的增益是c?(340)2psCKaT因此，給定相位裕度 或常數(shù) ，就可確定 PI 控制器的參數(shù)。該系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)?a是(341)??232114IvIssIHTaT??的一對復(fù)極點(diǎn)造成輕微的欠阻尼響應(yīng) ，并且當(dāng) 時有 的相??vHs ???5?位裕度。因此有(342).12psCKT?(343)7I?代入主電路系統(tǒng)參數(shù)和開關(guān)頻率參數(shù)，電壓外環(huán)傳遞函數(shù)計算如下(344)????=???電壓外環(huán)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖如圖 39，圖 39 說明了系統(tǒng)電壓環(huán)的穩(wěn)定。10050050100Magnitude (dB)101 102 103 104 105 106180160140120Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)圖 39 電 壓 外 環(huán) 開 環(huán) 傳 遞 函 數(shù) 伯 德 圖 voltage outer loop openloop transfer function 本章小結(jié)從電力變換器功率管的角度劃分了 DC/AC 電路應(yīng)用場合（有源和無源、功率等第三章 光伏并網(wǎng)限功率控制系統(tǒng)的 DC/AC 側(cè)設(shè)計29級） ，研究了基于自換相功率器件的矢量控制技術(shù)，最后對逆變側(cè)濾波電感的選取和中間電容的選取原則做出了總結(jié)。本章考慮了并網(wǎng)逆變器屬于有源逆變，逆變器交流側(cè)出口電壓要高于電網(wǎng)電壓，針對 SVPWM 調(diào)制方式選取了中間直流電壓等級，并考慮控制環(huán)上的坐標(biāo)變換，逆變器的數(shù)學(xué)模型，電流環(huán)的 PI 控制器和電壓環(huán)的PI 控制器，考慮電流環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)和電壓環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)，給出 PI 控制器的參數(shù)，畫出電流環(huán)和電壓環(huán)的開環(huán)系統(tǒng)伯德圖，分析了系統(tǒng)穩(wěn)定性。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文30第四章 仿真結(jié)果與分析基于以上原理，在 MATLAB 中建立雙級式并網(wǎng)逆變器模型，前級實現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤和升壓功能，后級將直流電逆變?yōu)殡娋W(wǎng)交流電。中間直流環(huán)節(jié)起到換流器獨(dú)立控制的解耦作用。并網(wǎng)逆變器通過電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電流內(nèi)環(huán)的給定電流，穩(wěn)定直流電壓；電流內(nèi)環(huán)采用兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的 前饋解耦控制。dqL光伏陣列M P P T amp。C O N SP W MP I電流解耦控制三相電壓測量變換三相電流測量變換P W M 生成策略與驅(qū)動dcVc?di?quq?sdiqVI1C21VDVDL0S aicbaucbaibciaubc+_Rconstraied圖 41 光伏發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖 Photovoltaic power generation systems and control structure在 MATLAB 仿真工具箱建立系統(tǒng)的整體仿真如圖 19 所示， PV 模塊采用圖31 所示 PV 參數(shù)，在光照度為 ,溫度在 條件下，PV 最大輸出功率210/mW5C?為 4000W；在光照度為 ，PV 最大輸出功率為 2900W；在光照度為29/，PV 最大輸出功率為 1800W。圖 19 中主電路各元件的具體的參數(shù)計算280/mW方法可參考文獻(xiàn)，下面直接給出計算結(jié)果：PV 側(cè) , Boost 升壓電感1520F??，中間濾波電容 ，交流濾波電感 ，其內(nèi)阻 。?2=350CF?=HL=1R?Boost 開關(guān)頻率 20kHz，擾動步長 ，擾動周期 ；逆變器開關(guān)頻率為d.??20kHz ，圖 4 限功率 PI 控制器參數(shù)為： =， =120， =。 逆變器額定pKicK功率為 5000W。 濾波電路的類型及濾波特性常見的濾波電路有 L 型濾波、LC 型濾波、LCL 型濾波等不同的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過 LC濾波器后，諧波分量好于 L 型濾波器。相比而言 LCL 濾波器的濾波效果較好，適用于大容量變換器，但容易引起系統(tǒng)的諧振，在諧振頻率處會產(chǎn)生一個很大的諧振尖第四章 仿真結(jié)果與分析31峰，考慮本課題所設(shè)計的兩電平小變換系統(tǒng)，選取了 LC 組成的二階低通濾波器。（1）截止頻率 的選擇0fLC 濾波器屬無緣濾波電路，是一種選頻特性的端網(wǎng)絡(luò)。 LC 濾波器屬于電感輸入型低通濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖 48 所示：0L0C圖 42 LC 濾 波 器Fig. 42 LC filter諧振角頻率為：(41)001=?有 001LC??濾波電路的截止頻率為:(42)02f??逆變器輸出頻率為 HZ，截止頻率 ，諧波電流的頻率為 ，有：50f?0 kf(43)kff:根據(jù)諧波電流衰減率，確定 。0f（2）濾波電路的特征阻抗 的選擇 ,離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行模式時， 與負(fù)載Z00LC?0Z電阻 應(yīng)保持如下關(guān)系: 。在并網(wǎng)時，此阻抗負(fù)載選取為較小，以0R??:免影響 與 之間的相位差。Ligrid電感和電容構(gòu)成的 LC 低通濾波器，對于高于其諧振頻率的高次諧波以衰減，設(shè)計其諧振頻率為基波頻率的 倍，為了盡可能的減小 C，本4B/ec 10~2文取 20 倍。 (44)??2=CLf??約取 。C10F?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)