基于LLCL滤波器的三相并网逆变器研究与设计

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由于全球对能源的消费量越来越大,能源短缺的问题越来越明显。新能源发电是缓解全球能源短缺问题的有效途径之一,并网逆变器在新能源发电系统中起着关键作用。因此,本文对并网逆变器进行了深入的研究。
  本文首先分析了课题研究背景,随后针对并网逆变器,查阅国内外相关文献,介绍了并网逆变器的国内外研究现状及应用领域,并分析了三相并网逆变器的拓扑结构,滤波器形式,控制策略等关键技术。经综合考虑,本文最终选用三相四桥臂拓扑结构,LLCL型滤波器,采用准比例谐振控制(下文简称准PR)和PI控制相结合的控制策略。
  本文介绍了实验样机的设计规格,设计了本系统的结构原理图并阐述了系统中各个模块的作用;设计了并网逆变器的主电路并对电路中重要参数进行了分析与估算;针对选用的LLCL型滤波器,重点对比分析了无源阻尼法和有源阻尼法的滤波性能,采用了基于电容电流反馈的有源阻尼法,并提出了一种简单可行的有源阻尼系数的设计方法。
  本文介绍了基于a-b-c坐标系下的三维空间矢量调制及实现步骤,对比分析了PR控制、PI控制和准PR控制;提出采用准PR控制和PI控制相结合的控制策略并完成了控制系统参数的设计;为了实现对电网电压的频率和相位的跟踪采用了数字锁相环,并将锁相环输出的角频率作为准PR控制器的基波频率,提高了准PR控制器抗电网电压频率扰动的能力。
  本文以DSP为核心完成了三相四桥臂并网逆变器的硬件与软件设计,硬件设计包括最小系统电路、电压采集电路、电流采集电路、保护电路、驱动电路等;然后对系统的软件程序进行了分析,主要包括主程序与中断程序。
  本文在Simulink上搭建了三相四桥臂并网逆变器的仿真模型并设计完成了10kW三相四桥臂并网逆变器样机,仿真和实验结果与理论分析相吻合,系统的各项指标达到了相关要求。
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