双向储能逆变器控制及切换策略研究资料下载.pdf

1、Detection Technology and Automatic Engineering Author:Dai Meizhi Advisor:Prof.Wang Houjun School:School of Automation Engineering 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：

2、年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将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、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：年 月 日 摘要 I 摘要 随着微电网技术的不断发展，能实现能量双向流动、并且储能和逆变状态可自由切换的双向储能逆变器作为微电网的重要组成部分得到了足够的重视，越来越多的科研工作者们对其展开了研究。本文针对微网中的双向储能逆变器，为了解决能量流向自

3、由切换的问题，从动态响应性能和稳定性两个方面对双向储能逆变器的电流控制方法和切换方法展开了研究。首先以实现能量的双向流动为目标，对三相双向储能逆变器系统建模，搭建了同步旋转坐标轴下的系统模型，并提出一种 SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）调制波的产生方法。其次对电流控制方法进行详细研究，采用双环直接电流控制方法对相应的内外环进行设计。考虑模式切换过程中内环电流的变换趋势以及内环必需的快速跟随性，对内环传递函数的斜坡响应进行了重点研究，得到内环响应的性能指标与滤波电感取值、PI 调节器参数取值之间的关系，为滤波电感取值、PI 调节器参数等的改进提

4、供了依据。此外，亦从频域分析的角度验证了所设计的内外环的稳定性。然后结合双向储能逆变器交直流侧的电压电流特性以及对内外环控制方法的研究，提出了变功率和变直流电动势两种双向储能逆变器的储能逆变模式切换方法，并在 MATLAB 中搭建模型对两种切换方法分别进行仿真验证。仿真波形表明变功率的切换方法切换较平滑，切换过程缓慢；而变直流电动势的切换方法虽然切换过程有超调，但是切换很快速，两种方法都能实现对双向储能逆变器的模式切换控制。最后为了验证所研制的双向储能逆变器能实现能量的双向流动以及所提出的两种模式切换方法，以 TMS320F2812 为主控芯片搭建了实验平台进行了储能、逆变的单独实验，并对变电

5、动势的切换方法进行了仿真验证。实验结果表明本文所研制的双向储能逆变器能够以满功率因数分别稳定运行于储能、逆变两种模式，即可以实现能量双向流动，为模式切换方法的验证实验提供了实验基础。仿真验证结果表明变电动势的切换方法可以有效实现储能、逆变模式的快速平滑切换。关键关键词词：双向储能逆变器，内外环控制，模式切换控制 ABSTRACT II ABSTRACT With the continuous development of micro-grid,bidirectional rectifier-inverter which can possess the bi-direction flowing

6、ability of energy,and switch freely between rectifier state and inverter state was widely applied.Based on the current-controlling,a series of studies to the control method and switching methods of bidirectional rectifier-inverter was conducted,from the analysis of dynamic response and stability.Fir

7、st,under the purpose of achieving bi-direction flowing ability of energy,the dq model of bidirectional rectifier-inverter was set up in the dq synchronous rotating coordinate system,and a SVPWM modulation wave generating method was proposed.Secondly,a detailed study was conducted to current control

8、methods,and the double-loop control method was used for the designing of the corresponding rings.Focused on the ramp response of the inner slope transfer function,the references between inner slope performance indexes and filer inductance,PI controller parameters were obtained,which provide the basi

9、s to improve filer inductor and PI controller.In addition,the stability of the designed current loop and voltage loop was verified from the perspective of the frequency domain analysis.Then combined the voltage current characteristics of bidirectional rectifier-inverter with double-loop control meth

10、od,two dual mode switching methods were put forward:“Variable DC source switching method”and“Variable power switching method”,and a MATLAB model for simulation and verification was built.Simulation waveforms show that both two dual mode switching methods can achieve bidirectional rectifier-inverter

11、mode-switching control,but the length of time each method taken to finish the switching process and the smoothness of each switchover process were different.Finally,as the TMS320F2812 was used as main chip,an experimental platform was built for the verification test.Rectifier state and inverter stat

12、e two working modes of the bidirectional rectifier-inverter were experimentally tested,and the“Variable DC source switching method”was simulation verified.All the testing results showed that the bidirectional rectifier-inverter can work at unity power factor in both rectifier mode and inverter mode

13、and possess the bi-direction flowing ability of energy,at the same time,the harmonic content of the AC phase current can be less than 1.3%.The ABSTRACT III simulation result showed that the“Variable DC source switching method”can effectively achieve the switching between rectifier state and inverter

14、 state of the bidirectional rectifier-inverter.Key Words:bidirectional rectifier-inverter，double-loop control，dual-mode switching control method 目录 IV 目录 第一章第一章 引言引言.1 1.1 课题研究背景及意义.1 1.2 双向储能逆变器研究现状及切换控制方法概述.2 1.2.1 研究现状.2 1.2.2 控制技术概述.3 1.2.3 双向储能逆变器切换概述.4 1.3 本文研究目的.4 1.4 本文研究内容.5 第二章第二章 双向储能逆变器建

15、模及系统原理双向储能逆变器建模及系统原理.6 2.1 双向储能逆变器系统建模.6 2.1.1 三相双向储能逆变器的拓扑结构.6 2.1.2 电压型双向储能逆变器的可逆运行原理.7 2.1.3 三相电压型双向储能逆变器的数学模型搭建.8 2.1.3.1 静止坐标系下数学模型分析.8 2.1.3.2 旋转坐标系下数学模型分析.11 2.1.3.3 三相双向储能逆变器 dq 模型优化.14 2.2 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）算法.15 2.2.1 SVPWM 控制算法的基本原理.16 2.2.2 空间电压矢量的分布与合成.16 2.2.3 SVPWM 算法与 SPWM 控制算法的比较.21 2.3 本章小结.21 第三章第三章 双向储能逆变器双向储能逆变器电流电流控制方法设计控制方法设计.22 3.1 电流控制技术研究.22 3.1.1 间接电流控制技术