双向储能逆变器控制及切换策略研究

分类号密级UDC注1学位论文双向储能逆变器控制及切换策略研究（题名和副题名）戴梅芝（作者姓名）指导教师王厚军教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业检测技术与自动化装置提交论文日期2014.4.20论文答辩日期2014.5.22学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月28日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。CONTROLLINGANDSWITCHINGSTRATEGYRESEARCHOFBIDIRECTIONALRECTIFIER-INVERTERMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:DetectionTechnologyandAutomaticEngineeringAuthor:DaiMeizhiAdvisor:Prof.WangHoujunSchool:SchoolofAutomationEngineering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：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：日期：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(SpaceVectorPulseWidthModulation)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。关键词：双向储能逆变器，内外环控制，模式切换控制ABSTRACTIIABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofmicro-grid,bidirectionalrectifier-inverterwhichcanpossessthebi-directionflowingabilityofenergy,andswitchfreelybetweenrectifierstateandinverterstatewaswidelyapplied.Basedonthecurrent-controlling,aseriesofstudiestothecontrolmethodandswitchingmethodsofbidirectionalrectifier-inverterwasconducted,fromtheanalysisofdynamicresponseandstability.First,underthepurposeofachievingbi-directionflowingabilityofenergy,thedqmodelofbidirectionalrectifier-inverterwassetupinthedqsynchronousrotatingcoordinatesystem,andaSVPWMmodulationwavegeneratingmethodwasproposed.Secondly,adetailedstudywasconductedtocurrentcontrolmethods,andthedouble-loopcontrolmethodwasusedforthedesigningofthecorrespondingrings.Focusedontherampresponseoftheinnerslopetransferfunction,thereferencesbetweeninnerslopeperformanceindexesandfilerinductance,PIcontrollerparameterswereobtained,whichprovidethebasistoimprovefilerinductorandPIcontroller.Inaddition,thestabilityofthedesignedcurrentloopandvoltageloopwasverifiedfromtheperspectiveofthefrequencydomainanalysis.Thencombinedthevoltagecurrentcharacteristicsofbidirectionalrectifier-inverterwithdouble-loopcontrolmethod,twodualmodeswitchingmethodswereputforward:“VariableDCsourceswitchingmethod”and“Variablepowerswitchingmethod”,andaMATLABmodelforsimulationandverificationwasbuilt.Simulationwaveformsshowthatbothtwodualmodeswitchingmethodscanachievebidirectionalrectifier-invertermode-switchingcontrol,butthelengthoftimeeachmethodtakentofinishtheswitchingprocessandthesmoothnessofeachswitchoverprocessweredifferent.Finally,astheTMS320F2812wasusedasmainchip,anexperimentalplatformwasbuiltfortheverificationtest.Rectifierstateandinverterstatetwoworkingmodesofthebidirectionalrectifier-inverterwereexperimentallytested,andthe“VariableDCsourceswitchingmethod”wassimulationverified.Allthetestingresultsshowedthatthebidirectionalrectifier-invertercanworkatunitypowerfactorinbothrectifiermodeandinvertermodeandpossessthebi-directionflowingabilityofenergy,atthesametime,theharmoniccontentoftheACphasecurrentcanbelessthan1.3%.TheABSTRACTIIIsimulationresultshowedthatthe“VariableDCsourceswitchingmethod”caneffectivelyachievetheswitchingbetweenrectifierstateandinverterstateofthebidirectionalrectifier-inverter.KeyWords:bidirectionalrectifier-inverter，double-loopcontrol，dual-modeswitchingcontrolmethod目录IV目录第一章引言.....................................................................................................................11.1课题研究背景及意义.......................................................................................11.2双向储能逆变器研究现状及切换控制方法概述...........................................21.2.1研究现状..............................................................................................21.2.2控制技术概述......................................................................................31.2.3双向储能逆变器切换概述..................................................................41.3本文研究目的...................................................................................................41.4本文研究内容...................................................................................................5第二章双向储能逆变器建模及系统原理.....................................................................62.1双向储能逆变器系统建模...............................................................................62.1.1三相双向储能逆变器的拓扑结构.