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摘 要

由于三相并网逆变器的直接功率控制（DPC）的开关频率不固定，随着采样时间，系统状态和负载参数变化而变化，产生分散的谐波成分。本文研究了一种基于功率预测控制的三相并网逆变器。

本文首先介绍了逆变器原理及三相并网逆变器数学模型，然后介绍了直接功率控制，在此基础上提出了功率预测控制技术。基于功率预测控制的三相并网逆变器继承了直接功率控制方法的快速调节的固有特点，并且无需复杂的坐标变换。该控制方法是将一定的功率预测算法与瞬时功率理论相结合，控制逆变器交流侧输出的电压，得到参考输出电压矢量，同时为了降低开关损耗和电压谐波，选择8段对称式电压矢量序列控制逆变器的输出电压，从而控制瞬时功率有效跟踪参考功率值。该控制方法可实现恒定的开关频率, 降低低次电流谐波成分，获得更好的动、静态性能，比直接功率控制方法有更好的谐波抑制效果。

关键词：三相并网逆变器 直接功率控制 功率预测控制

Research for Three-phase Grid-connected Inverters Based on Direct Power Predictive Control

Abstract

Three-phase grid-connected inverters switching frequency of direct power control (DPC) is not fixed, as the sampling time, the system state and the parameter of the load change and change, produce dispersed harmonic components. This paper proposes a three-phase grid-connected inverter based on direct power predictive control.

This paper introduces the principle of inverters and the three-phase grid-connected inverters’ mathematical model. Then this paper introduces the direct power control, power predictive control based on it is advanced. Three-phase grid-connected inverters based on power predictive control inherits the direct power control method of the inherent characteristics of rapid adjustment, and without complex coordinate transformation. This control method is to a certain power prediction algorithm combined with instantaneous power theory, to control the inverter ac output voltage, get the reference output voltage vector. At the same time to reduce switching loss and voltage harmonic, choosing 8 period of symmetric sequence voltage vector control inverter output voltage, so as to control the instantaneous power effective tracking reference power value. This control method can achieve a constant switching frequency, reduce the low current harmonic component, better dynamic and static performance. It has a harmonic suppression effect better than direct power control method.

Key words: Three-phase grid-connected inverters Direct power control Direct power predictive control

目录

摘要 1

Abstract 2

第一章 绪论 4

1.1 研究背景 4

1.2 国内外研究的现状 4

1.2.1 电流控制技术 5

1.2.2 电流预测控制技术 5

1.2.3 直接功率控制技术 6

第二章 逆变器原理介绍 7

2.1 逆变器的分类 7

2.2 逆变器的工作原理 7

2.3 脉宽调制技术PWM 8

2.4本章小结 10

第三章 三相并网逆变器控制策略研究 11

3.1 三相并网逆变器数学模型 11

3.2 直接功率控制 13

3.3 本章小结 18

第四章 功率预测控制技术 19

4.1 功率预测控制原理 19

4.2 空间矢量选择及作用时间 20

4.3 矢量作用顺序及时间分配 21

4.4. 本章小结 24

第五章 仿真及结果分析 26

5.1 各种仿真软件的优缺点及仿真软件的选择 26

5.2 仿真结果分析 27

总结及展望 29

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1 研究背景

能源是人类社会赖以生存和发展必不可少的物质基础，是维持可持续发展的重要条件。随着经济的发展，能源日益紧张，分布式发电技术应运而生并快速发展了起来，例如光伏发电和风力发电。分布式发电技术发电方式灵活、能源利用率高、环境污染小，成为近年来发展迅速的一种供电模式。并网逆变器作为分布式发电连接电网的接口，在风力发电、光伏发电和燃料电池发电等分布式发电中具有重要的作用。其控制性能的好坏直接影响发电系统输出的电能质量，这使得逆变器得到了广泛的应用，同时也对并网逆变器的性能提出了更高的要求。因此，并网逆变器是这些新能源发电的关键技术部分，所以对于它的研究具有巨大价值和重要意义。

1.2 国内外研究的现状

三相并网逆变器应用最广泛的的控制方法有直接电流控制和直接功率控制两种。直接电流控制常用的是基于电网电压矢量的电流矢量控制，即电压定向控制（Voltage-oriented control, VOC）。VOC 通常采用 SVPWM 控制。SVPWM 控制的最初目的是从电机控制的角度出发，研究如何获得幅值恒定的圆形旋转磁场，基本思想是利用逆变电路结构所能提供的所有开关状态进行线性组合来逼近期望输出的电压矢量。SVPWM 控制具有直流电压利用率高、进网电流总谐波畸变率(Total harmonic distortion，THD)低、直轴和交轴可实现分别独立的控制，开关频率固定等优点，得到了广泛应用。但采用SVPWM增加了系统设计复杂度，系统静态性能和动态性能取决于PI调节器的电流调节。

1.2.1 电流控制技术

PWM控制技术是目前使用最广泛的逆变器控制技术。闭环电流控制的PWM能够实时快速跟踪瞬时电流波形，精准控制注入电网电流，使其最大限度地降低失真和减小谐波分量。闭环电流控制器有斜率比较控制器，电流预测控制器和滞环控制器。

斜率比较控制器是将电流误差和三角波比较，以确定逆变器输出的触发信号；电流预测控制器是通过计算逆变器输出的电压来强迫测量电流跟踪参考电流值；滞环控制器是通过逆变器电流和参考电流比较以确定使用某一种滞环。

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