【《并网逆变器研究概况文献综述》2900字】

并网逆变器研究概况文献综述1电力电子器件的发展概况在电力系统或者电气设备中，主电路负责的是控制任务或者承担电能的变换，而可直接用来处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的器件则是电力电子器件。在逆变器中，电力电子器件更是起到至关重要的作用，逆变器的研究与发展也与电力电子的发展息息相关[2]。电力电子器件按其工作状态受控制电路影响程度分类，可分为三种。第一是不可控器件——电力二极管（PowerDiode），电力二极管内有一个PN结，根据加在PN结两端的电压来判断其工作状态，当PN结外加正向偏置电压时导通，反之则截止，无控制电路。PN结可以承受一定的反向电压，但是如果当施加的反向电压大于PN结所能承受的阈值时，反向电流就会变得很大，这种现象称为反向击穿。如果发生反向击穿时电流不能加以控制，会引起功率过大、器件过热的情况，此时可能会导致器件因为过热而损毁，即出现热击穿现象。电力二极管的伏安特性表明电力二极管是单向导通器件，只有当施加在电力二极管的正向电压大于其门槛电压时，导通电流才会很明显的变大，令其稳定的导通。当突然给导通的电力二极管施加反向电压时，并不能使其马上关断，在经过一个短暂的过程后，电力二极管才能变成截止状态。第二种是半控型器件——晶闸管（Thyristor）,晶闸管又称为可控硅整流器（SiliconControlledRectifier,SCR）,SCR有三个连接端，分别是阳极A、阴极K和门极G，门机为控制极，SCR导通的条件为阳极和阴极之间加正向偏置电压，同时向控制极注入驱动电流，由于SCR导通后内部会形成强烈的正反馈，所以撤掉门极的控制电流后晶闸管并不会关断，此时，唯有去掉阳极的电压或者给阳极施加反压，或者设法将SCR的电流降低到接近于0，才能够关断SCR。由此可见，SCR的控制电路只能控制其开通，并不能令其关断，所以SCR被称为半控型器件。第三种是全控型器件，比较典型的有门级可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor,简称GTO）、电力晶体管（GiantTransistor,简称GTR）、电力场效应晶体管（FieldEffectTransistor,简称FET）、绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistor,简称IGBT）,这类晶体管当阳极和阴极之间加的是正向偏置电压，那么控制极既能控制其开通，又能控制其关断，所以被称为全控型器件。电力二极管自20世纪50年代初期就已经出现，虽然其不可控，但其原理简单、可靠开关的特点令其有不可替代的地位。电力二极管开始应用不久，SCR也在美国贝尔实验室问世（1956年），SCR的诞生为正弦逆变器的出现创造了条件。随后出现的全控型器件则为令逆变技术得到了发展和应用。随着电力电子器件的发展，逆变器也从低速、小功率向着高速、大功率的应用场合发展。2逆变电路的研究现状目前应用比较广泛的逆变电路主要分为三类[3]，为别是三相桥式并网逆变器、三相四桥臂并网逆变器和组合式三相逆变器，它们的电路拓扑如图1-1所示。（a）三相桥式逆变器（b）三相四桥臂逆变器（c）组合式三相逆变器图1-1应用比较广泛的三种逆变电路应用最广泛的是三相桥式逆变电路，这种逆变电路易于控制、开关承受的电压应力低，但是也有对电压的利用率低等缺点。三相四桥臂并网逆变器比三相桥式并网逆变器多一个桥臂，这种逆变器的特点是，即使负载是不对称的，只要将一个桥臂与三相负载的中性点连起来，也是可以正常工作的。组合式三相并网逆变器相对于前两种而言要复杂得多，成本也相应高出不少，但这种电路执行力很强，而且它的控制电路也相对简单。3控制策略的研究现状作为分布式电源将电能馈入电网时必不可少的接口装置，三相并网逆变器的控制电路对整个系统的输出性能有着至关重要的作用[3]，控制电路品质的优劣会直接影响系统输出的好坏。从控制结构方面来讲，主要有双环结构和多环结构两种类型[5-8]，其中，多环控制从其要实现的功能和控制环节上来说，与双环控制具有极高的相似性，可近似将多环控制看作双环控制[5]，目前应用较为普遍的是双环控制。在双环控制中，外环控制主要是负责实现控制目标，同时产生相应的控制信号作为内环控制的依据之一，相对而言外环控制的动态相应速度较慢。内环控制主要负责进行比较精确得调节，以保证并网逆变器输出高质量的交流电[7]。除此之外，还有一种单环控制的简单控制结构，单环控制只用在一些结构简单、对控制要求不高的场合。在设计控制策略之前应当明确控制目标是什么，然后再根据先设计内环再设计外环的原则进行设计。具有良好的动态响应特性是内环控制所的刚需，因为只有动态响应性能足够好，才能够起到改善并网逆变器实时输出的电能的质量的作用，并且可以令系统的运行性能得到提高。内环控制一般用坐标系分类[9]，有三相静止坐标abc、两相静止坐标αβ和两相旋转坐标dq，其中应用最为广泛的是dq坐标。外环控制常用的有三种，第一种是下垂控制，主要有P-f和Q-V控制方法以及f-P和V-Q控制方法[10]。下垂控制主要是在含有不止一个并网逆变器的系统中，用来分配、控制各逆变器的能量，其核心是，模拟发电机机端电压幅值和频率，通过对二次调频以及对无功的调节，以达到控制发电机所输出的有功和无功功率。第二种是恒功率控制，恒功率控制核心思想是，在维持有功功率和无功功率都不改变的状态下，频率和电压允许在规定范围内波动。逆变器输出电压控制[11]，直流侧稳定无功功率控制等方式也属于恒功率控制方式。第三种是恒压恒频控制，恒压恒频控制通过改变无功功率和有功功率的输出，来达到控制电压和频率的目的。主要在独立电源或者微网孤岛当中有所运用。另外，除了这些常规的控制方法以外，PR控制[12]、线性最优化控制[13]、无源控制[14]、预测控制[15]、反馈线性化控制[16]等控制方法也被用到了并网逆变器中。参考文献于国强.新能源发电技术[M].中国电力出版社,2009.李扬扬.交流发电系统机械变频技术的研究[D].东北大学,2017.徐慧.电压控制型三相逆变器的并联与并网技术研究[D].华中科技大学,2007.顾和荣,杨子龙,邬伟扬.并网逆变器输出电流滞环跟踪控制技术研究[J].中国电机工程学报,2006(09):108-112.TimbusAV,TeodorescuR,BlaabjergF,etal.LinearandNonlinearControlofDistributedPowerGenerationSystems[C].IndustryApplicationsConference.IEEE,2006.王成山,李琰,彭克.分布式电源并网逆变器典型控制方法综述[J].电力系统及其自动化学报,2012,24(002):12-20.BlaabjergF,TeodorescuR,LiserreM,etal.OverviewofControlandGridSynchronizationforDistributedPowerGenerationSystems[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2006,53:1398-1409.张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].机械工业出版社,2003.王成山,李琰,彭克.分布式电源并网逆变器典型控制方法综述[J].电力系统及其自动化学报,2012,24(002):12-20.王成山,高菲,李鹏,等.低压微网控制策略研究[J].中国电机工程学报,2012(25):2-8.WangC,NehrirM,GaoH.ControlofPEMfuelcelldistributedgenerationsystems[J].IEEETransactionsonEnergyConversion,2006,21(2):586-595.TeodorescuR,BlaabjergF,LiserreM,etal.Proportional-resonantcontrollersandfiltersforgrid-connectedvoltage-sourceconverters[J].IEEProc.-Electr.PowerAppl.2006,153(5):750-762.GabeIJ,MontagnerVF,PinheiroH.DesignandImplementationofaRobustCurrentControllerforVSIConnectedtotheGridThroughanLCLFilter[J].IEEETransPowerElectronics,2009,24(6):1444-1452.曾正,杨欢,赵荣祥,等.基于无源哈密尔顿系统理论的LC滤波并网逆变器控制[J].电网技术,2012,036(004):207-212.MorenoJC,HuertaJ,GilRG,etal.ARobustPredictiveCurrentControlforThree-PhaseGrid-ConnectedInverters[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2009.张兴,张崇巍,曹仁贤.光伏并网逆变器非线性控制策略的研究[J].太阳能学报,2002,23(006):770-773.曾正,赵荣祥,汤胜清,杨欢,吕志鹏.可再生能源分散接入用先进并网逆变器研究综述[J].中国电机工程学报,2013,33(24):1-12+21.杨达亮.主动配电网PWM变流器动态高品质控制方法研究[D].广西大学,2014.王兆安,刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版社,2009.沈国桥.燃料电池并网逆变技术研究[D].浙江大学,2008.ProdanovicM,GreenTC.Controlandfilterdesignofthree-phaseinvertersforhighpowerqualitygridconnection[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2003,18:p.3