论文总字数：23083字

摘 要

16012210 左威

指导老师 窦晓波

能源和环境是影响当今全球经济与社会发展的两大重要因数。化石能源短缺以及其导致环境严重的污染迫使人类要开发和利用新能源。储能变流器作为新能源和并网发电系统的接口，在并网系统中具有举足轻重的作用。储能变流器控制技术决定着它的性能，也决定着新能源的开发前景。

介绍了微电网国内外研究概况以及储能变流器的发展现状和趋势，并分析其采用不同滤波器时的区别，也会介绍了其中的一些控制策略。通过其中的相互比较，本文选择采用三相桥式LCL并网逆变器，并采用基于αβ坐标系下的空间矢量控制策略，介绍dq轴电流解耦控制，为了避免传感器带附带的增加成本和扩大误差的问题，引入了状态观测器。讨论LCL滤波器参数约束条件，并根据条件设计相应的参数，最后Matlab仿真验证了系统的稳定性。

控制策略的实现会极大地有助于提高并网逆变器的工作效率，并减少了设计和制造并网逆变器的成本，对于增强对并网系统的保护和提高并网系统的稳定性具有重要的意义。

关键词：并网；状态观测器；PWM整流器；建模与仿真；LCL滤波器。

Abstract

The issues of Energy and environmental have become two factors affecting global economic development. Fossil energy shortage and environmental pollution force mankind to develop and utilize new energy sources. Grid inverter as a pretext of a new energy and power system, plays a significant part in the grid system. Grid inverter control technology determines the grid inverter performance, also determines the prospects for the development of new energy sources.

First of all, the development status and trends of the inverter and classification of the three-phase grid-connected inverter are introduced,the difference between the use of different filter is analyzed, and also several control strategies are introduced.Secondly. By comparing with all of these, choosing three-phase bridge LCL grid-connected inverter and control strategy based on space vector αβ synchronous rotating coordinate system is better,dq axis current decoupling control is carried out. In order to avoid cost increase and expansion of error caused by installing the current sensor, a control method based on state observer model is adopted, replacing the current sensor to measure the load current.Thirdly, LCL filter design constraints and designing parameters of LCL filter are studied, and LCL feedback influence on the closed-loop system poles and pole status is researched. Finally, the simulation results confirm the stability of the control strategy.

Realization of this control strategy will contribute significantly to improve the efficiency of the grid inverter, and reducing design and manufacturing costs and grid-connected inverter. It has great importance in the protection and enhancement of the network system and improving the stability of the grid system significance.

Keyword: grid connection,state observer,PWM rectifier ,modeling and simulation, LCL filter

目 录

摘 要

Abstract

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义概述 1

1.1.1 微电网概述 2

1.1.2 微电网发展现状 3

1.2 储能变流器的发展现状和趋势 3

1.2.1 储能变流器发展现状 3

1.2.2 储能变流器发展趋势 4

1.3 三相并网储能逆变技术 4

1.3.1 三相并网逆变器结构滤波器分析 4

1.3.2 三相并网逆变器控制策略 5

1.4 本文主要研究工作 5

第2章 储能变流器和状态观测器模型 6

2.1 基于LCL型滤波器储能变流器的数学模型 6

2.2 坐标系的解耦控制 9

2.3 PI控制器 11

2.4 状态观测器 11

2.5 本章小结 14

第3章 LCL型滤波器和状态观测器设计和分析 15

3.1 LCL滤波器模型和分析 15

3.2 LCL滤波器参数约束条件和设计 17

3.2.1 谐振频率约束条件 17

3.2.2 阻尼电阻约束条件 18

3.2.3 电感约束条件 19

3.3 参数设计 20

3.3.1 逆变器侧电感参数设计 20

3.3.2 滤波电容参数设计 20

3.3.3 网侧电感设计 20

3.3.4 阻尼电阻参数设计 20

3.4 双环控制模型和其他参数设计 21

3.4.1 双环控制模型 21

3.4.2 参数K_p和K_I设计 22

3.5 状态观测器设计 24

3.5.1 网侧电流状态观测器 24

3.5.2 电网电压状态观测器 25

3.6 本章小结 26

第4章 仿真验证 27

4.1 储能变流器仿真分析和研究 27

4.2 本章小结 32

第5章 总结与展望 33

5.1 工作总结 33

5.2 后续工作展望 33

致谢 34

参考文献(References) 35

绪论

研究背景与意义概述

在人类社会发展的历程之中，能源是人类赖以生存的根本[^[1]]。如今的21世纪，能源的需求无疑是巨大的，整个社会的正常秩序都依赖着能源。然而可用能源的匮乏现状已经刻不容缓，当务之急就是解决资源的可持续利用问题。

目前，占据着主导地位的依然是传统的三类化石能源如煤、石油和天然气[^[2]]。日常生活中所需的电能基本上来自于大量煤炭、石油的燃烧，然而燃烧会产生对环境具有相当危害的气体，同时也会排出许多的燃料废渣，破坏了人类生存的环境[^[3]]。更不可忽略的是，传统化石能源具有很长的形成期，而且储量也并不多，在当今全球经济地飞速发展的大环境下，人类对能源的需求空前巨大，这些非再生能源已经无法满足人类的消费需求，毫无节制地开发使用使得如今能源开采进入紧张状态，这使得人类的身心健康受到严重地损害，同时不可避免地对生存环境造成危害，极大地破坏了地球的生态系统

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