新能源接入智能电网的逆变控制关键技术PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 章节安排 1

1.2 电能变换的基本知识 4

1.2.1 交直变换 4

1.2.2 直直变换 12

1.2.3 直交变换 17

1.2.4 交交变换 22

1.3 硬件设计 23

1.3.1 隔离 24

1.3.2 功率电路 24

1.3.3 输出滤波器 30

1.3.4 电压和电流检测 32

1.3.5 信号处理 34

1.3.6 保护 35

1.3.7 中央控制器 36

1.3.8 测试设备 40

1.4 风力发电系统 41

1.4.1 基本知识 41

1.4.2 风力机 42

1.4.3 发电机和拓扑结构 43

1.4.4 风力机系统的控制 47

1.5 太阳能发电系统 49

1.5.1 太阳能发电简介 49

1.5.2 对太阳能电力的处理 50

1.6 智能电网接入 51

1.6.1 电力系统的运行模式 51

1.6.2 智能电网简介 52

1.6.3 智能电网接入的要求 54

第2章 基础知识 57

2.1 电能质量问题 57

2.1.1 简介 57

2.1.2 电压质量的恶化机理 59

2.1.3 逆变器输出阻抗的作用 59

2.2 重复控制 60

2.2.1 基本原理 60

2.2.2 内部模型的极点 61

2.2.3 内部模型延迟时间的选择 62

2.3 参考坐标系 63

2.3.1 自然（abc）坐标系 63

2.3.2 静止参考（αβ）坐标系 65

2.3.3 同步旋转参考（dq）坐标系 67

2.3.4 相序为acb的情况 69

第1部分 电能质量控制 74

第3章 电流H∞重复控制 74

3.1 系统描述 74

3.2 控制器设计 75

3.2.1 控制对象P的状态空间模型 75

3.2.2 转化为标准H∞问题 77

3.2.3 系统稳定性的验证 78

3.3 设计实例 79

3.4 实验结果 80

3.4.1 同步过程 80

3.4.2 稳态性能 80

3.4.3 动态性能（空载） 82

3.5 小结 83

第4章 电压和电流H∞重复控制 84

4.1 系统描述 84

4.2 逆变器的建模 85

4.3 控制器设计 87

4.3.1 H∞控制问题的描述 87

4.3.2 广义对象的实现 88

4.3.3 Tew的状态空间实现 89

4.3.4 Tba的状态空间实现 90

4.4 设计实例 91

4.5 仿真结果 92

4.5.1 标称响应 93

4.5.2 变负载时的响应 94

4.5.3 对电网电压畸变的响应 95

4.6 小结 97

第5章 具有频率自适应的电压H∞重复控制 98

5.1 系统描述 98

5.2 控制器设计 98

5.2.1 控制对象P的状态空间模型 99

5.2.2 频率自适应内部模型M 101

5.2.3 标准H∞问题描述 101

5.2.4 系统稳定性验证 103

5.3 设计实例 105

5.4 实验结果 106

5.4.1 离网模式下的稳态性能 106

5.4.2 并网模式下的稳态性能 107

5.4.3 动态性能（无本地负载） 110

5.4.4 电网频率波动时的响应 110

5.5 小结 114

第6章 级联型电流-电压H∞重复控制 115

6.1 微电网的工作模式 115

6.2 控制策略 116

6.3 电压控制器的设计 118

6.3.1 对象Pu的状态空间模型 118

6.3.2 标准H∞问题的描述 119

6.4 电流控制器的设计 120

6.4.1 对象Pi的状态空间模型 121

6.4.2 标准H∞问题的描述 121

6.5 设计实例 122

6.5.1 H∞电压控制器的设计 122

6.5.2 H∞电流控制器的设计 123

6.6 实验结果 123

6.6.1 离网模式下的稳态性能 123

6.6.2 并网模式下的稳态性能 124

6.6.3 动态性能 128

6.6.4 工作模式的无缝切换 130

6.7 小结 133

第7章 逆变器输出阻抗的控制 134

7.1 具有感性输出阻抗的逆变器（L型逆变器） 134

7.2 具有阻性输出阻抗的逆变器（R型逆变器） 135

7.2.1 控制器设计 135

7.2.2 稳定性分析 136

7.3 具有容性输出阻抗的逆变器（C型逆变器） 137

7.4 改善输出电压THD的C型逆变器设计 137

7.4.1 普通情况 137

7.4.2 特殊情况Ⅰ：最小化3次和5次谐波分量 139

7.4.3 特殊情况Ⅱ：最小化3次谐波分量 140

7.4.4 特殊情况Ⅲ：最小化5次谐波分量 140

7.5 R型、L型和C型逆变器的仿真结果 141

7.5.1 滤波电感取L=2.3 5mH的情况 141

7.5.2 滤波电感取L=0.2 5mH的情况 142

7.6 R型、L型和C型逆变器的实验结果 144

7.6.1 滤波电感取L=2.3 5mH的情况 144

7.6.2 滤波电感取L=0.2 5mH的情况 145

7.7 滤波电容的影响 146

7.8 小结 146

第8章 谐波电流旁路法 147

8.1 控制器的设计 147

8.2 控制器的物理解释 149

8.3 稳定性分析 150

8.3.1 忽略采样效应 150

8.3.2 考虑采样效应 152

8.4 实验结果 152

8.5 小结 153

第9章 牵引电力系统中的电能质量问题 154

9.1 简介 154

9.2 拓扑结构描述 156

9.3 负序电流、无功和谐波电流的补偿 157

9.3.1 补偿前的电网侧电流 157

9.3.2 有功补偿和无功补偿 157

9.3.3 谐波电流补偿 160

9.3.4 直流母线电压的调节 160

9.3.5 补偿策略的实现 160

9.4 特例：cosθ＝1 161

9.5 仿真结果 163

9.5.1 当cosθ≠1时 164

9.5.2 当cosθ＝1时 165

9.6 小结 165

第2部分 中线的提供 168

第10章 中线桥臂的拓扑结构 168

10.1 简介 168

10.2 裂相直流母线 169

10.3 传统的中线桥臂 170

10.4 独立控制的中线桥臂 170

10.5 小结 171

第11章 中线桥臂的经典控制 172

11.1 数学建模 172

11.2 控制器设计 174

11.2.1 电流控制器Ki的设计 174

11.2.2 电压控制器Kv的设计 175

11.3 性能分析 177

11.4 元器件的选择 179

11.4.1 电容CN 179

11.4.2 电感LN 179

11.5 仿真结果 180

11.5.1 iN=0时 180

11.5.2 50Hz中线电流时 181

11.5.3 150Hz中线电流时 181

11.5.4 直流中线电流时 181

11.6 小结 182

第12章 中线桥臂的H∞电压-电流控制 184

12.1 数学模型 184

12.2 控制器的设计 186

12.2.1 P的状态空间实现 187

12.2.2 闭环传递函数的状态空间实现 189

12.3 加权函数的选择 190

12.4 设计实例 191

12.5 仿真结果 192

12.6 小结 193

第13章 中线桥臂的并联PI电压-H∞电流控制 194

13.1 中线桥臂的描述 194

13.2 H∞电流控制器的设计 195

13.2.1 控制器介绍 195

13.2.2 标准H∞问题的描述 196

13.2.3 对象P的状态空间实现 197

13.2.4 广义对象？的状态空间实现 197

13.2.5 设计实例 198

13.3 附加的电压控制环 200

13.4 实验结果 201

13.4.1 稳态性能 201

13.4.2 中线电流变化的动态性能 202

13.5 小结 206

第14章 中线在单／三相变换器中的应用 207

14.1 简介 207

14.2 单／三相变换器的拓扑结构 210

14.3 基本原理分析 211

14.4 控制器的设计 213

14.4.1 同步单元 213

14.4.2 整流桥臂的控制 213

14.4.3 中线桥臂的控制 215

14.4.4 逆变桥臂的控制 216

14.5 仿真结果 217

14.5.1 三相平衡线性负载 218

14.5.2 三相不平衡非线性负载 218

14.6 小结 221

第3部分 功率控制 224

第15章 电流比例积分控制 224

15.1 系统结构 224

15.1.1 在同步旋转（dq）参考坐标系中 224

15.1.2 自然（abc）坐标系中的等效结构 225

15.2 控制器的实现 226

15.3 实验结果 226

15.3.1 稳态性能 227

15.3.2 动态性能 229

15.4 小结 231

第16章 电流比例谐振控制 232

16.1 比例谐振控制器 232

16.2 系统的结构 232

16.2.1 在静止参考（αβ）坐标系中 232

16.2.2 abc坐标系中的等效控制器 233

16.3 控制器的设计 234

16.3.1 对象模型 234

16.3.2 设计实例 235

16.4 实验结果 237

16.4.1 稳态性能 237

16.4.2 动态性能 239

16.5 小结 241

第17章 电流无差拍预测控制 242

17.1 系统结构 242

17.2 控制器的设计 242

17.3 实验结果 244

17.3.1 稳态性能 244

17.3.2 动态性能 246

17.4 小结 247

第18章 同步逆变器：模拟同步发电机的电网友好型逆变器（虚拟同步机） 248

18.1 同步发电机的数学模型 248

18.1.1 电气部分 249

18.1.2 机械部分 250

18.1.3 有中线时的情况 251

18.2 同步逆变器的实现 252

18.2.1 功率部分 252

18.2.2 电子部分 253

18.3 同步逆变器的运行 254

18.3.1 有功功率调节和频率下垂控制 254

18.3.2 无功功率调节和电压下垂控制 255

18.4 仿真结果 257

18.4.1 不同电网频率时的情况 257

18.4.2 不同负载时的情况 259

18.5 实验结果 259

18.5.1 功率控制的性能 259

18.5.2 离网模式下的负载特性 260

18.5.3 并网模式下的负载特性 262

18.6 小结 265

第19章 逆变器的并联运行 266

19.1 简介 266

19.2 问题描述 268

19.3 向电压源输送功率 268

19.4 传统的下垂控制方法 269

19.4.1 对于R型逆变器 269

19.4.2 对于L型逆变器 270

19.4.3 对于C型逆变器 270

19.4.4 R型逆变器的实验结果 271

19.5 传统下垂控制的固有局限性 273

19.5.1 有功功率的分配 274

19.5.2 无功功率的分配 275

19.6 R型逆变器的鲁棒下垂控制 276

19.6.1 控制策略 276

19.6.2 由电压测量误差引起的功率分配误差 277

19.6.3 电压的调节 278

19.6.4 全局设定值的E和ω偏差所引起的误差 279

19.6.5 实验结果 280

19.7 C型逆变器的鲁棒下垂控制器 286

19.7.1 控制策略 286

19.7.2 仿真结果 287

19.7.3 实验结果 290

19.8 L型逆变器的鲁棒下垂控制器 292

19.8.1 控制策略 292

19.8.2 仿真结果 293

19.8.3 实验结果 294

19.9 小结 299

第20章 提高电压质量的鲁棒下垂控制 300

20.1 控制策略 300

20.2 实验结果 301

20.2.1 1∶1功率分配 302

20.2.2 2∶1功率分配 304

20.3 小结 310

第21章 谐波下垂控制器 311

21.1 逆变系统的模型 311

21.2 向电流源输送功率 313

21.3 减小输出电压的谐波 314

21.4 仿真结果 315

21.5 实验结果 318

21.6 小结 320

第4部分 同步技术 324

第22章 常规同步技术 324

22.1 简介 324

22.2 过零点法 325

22.3 基本锁相环（PLL） 325

22.4 同步旋转参考坐标系锁相环（SRF-PLL） 326

22.5 二阶广义积分型锁相环（SOGI-PLL） 328

22.6 正弦跟踪算法（STA） 329

22.7 SOGI-PLL和STA的仿真结果 331

22.7.1 输入为频率可变有噪声且失真的信号 331

22.7.2 输入为含噪声的失真方波信号 333

22.8 SOGI-PLL及STA的实验结果 333

22.8.1 输入为电网电压 333

22.8.2 输入为频率可变有噪声且失真的信号 333

22.8.3 输入为含噪声的失真方波信号 337

22.9 小结 338

第23章 正弦波锁定器 339

23.1 并网的单相同步电机 339

23.2 正弦波锁定器的结构 339

23.3 频率和相位的跟踪 341

23.4 电压幅值的跟踪 342

23.5 参数整定 342

23.6 等效结构 343

23.7 仿真结果 343

23.7.1 输入为频率可变有噪声且失真的信号 344

23.7.2 输入为含噪声的失真方波信号 344

23.8 实验结果 347

23.8.1 输入为电网电压信号 347

23.8.2 输入为频率可变有噪声的信号 347

23.8.3 输入为含噪声的失真方波信号 347

23.9 小结 351

参考文献 352