摘要
电网的非理想条件是影响电网稳定性的一个重要因素。文中对太阳能发电系统在电网运行方式下的非理想特性进行了分析。具体来说，越来越多的太阳能系统通过与电网连接进行并网操作。如何在非理想条件下安全的进行并网，是许多专家与学者正在探究的问题。本文选取的非理想电网条件下的工况是三相电压不平衡与高次谐波污染，采用基于状态空间平均的方法对系统进行建模，对三相LCL并网逆变器进行了研究和探讨，并在此基础上对LCL并网逆变器的同步技术和并网模型的预测控制策略进行研究。 首先以提高LCL型并网逆变器在非理想工况下安全并网能力，防止在设计过程中出现逆变器电流谐波含量高，锁相环不能准确获取电网相位和频率问题为目的。对LCL并网逆变器的工作机理进行简单分析，并根据工作机理和电路原理求得LCL并网逆变器对三相静止坐标系（abc坐标系）的数学模型，并利用该模型进行坐标变换，对其状态空间方程进行建模。上述分析为LCL并网逆变锁相环以及模型预测控制策略的研究提供了理论依据。 其次，分析了LCL并网逆变器的锁相环技术，为LCL逆变器与电网更稳定同步打下基础。LCL并网逆变器通常使用同步旋转参考坐标系锁相环（SRF-PLL），随着时间的发展，由SRF-PLL改进的双二阶广义积分器锁相环（DSOGI-PLL）也成了专家与学者研究的潮流。本文先对两种方法进行仿真，仿真结果表明，传统的锁相技术运用在理想的电网条件效果很明显，但在电网发生故障时，传统的锁相方法不再适用，因此需要研究新的锁相方法。当电网发生故障时SRF-PLL的锁相功能不太理想，DSOGI-PLL仍然可以成功地锁定相位，但是系统的响应时间仍然很长。针对DSOGI-PLL的缺点，研究了一种具有零相位滑动平均滤波器的双二阶广义积分锁相环（ZPMAF-DSOGI-PLL）技术，该锁相环技术不仅能够在非理想状态下快速、准确地锁住电网的频率与相位，还能滤除逆变器输出电流的谐波。仿真和实验结果的低误差证明了该方法在工程实践中的可行性。 为了进一步研究LCL并网逆变器的控制问题，建立模型预测控制的价值函数，并通过优化设计系统参数来提高电压质量。通过对模型预测控制中的控制器参数进行优化，使得系统具有更好的鲁棒性。根据模型预测控制的机理，把两相静止坐标系下的逆变器数学模型离散化，并设计了平方差形式的函数，对它的设计内容搭建仿真，然后进行验证。结果表明，该算法能够保证系统的稳定，并降低了并网系统的谐波含量。 最后对LCL并网逆变器进行了样机的搭建，选择了以STM32F103为主控芯片的控制器进行实验，该控制器能够满足电网故障时电能质量问题的治理。LCL并网逆变器控制器的样机搭建由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分主要包括对控制电路、主电路、采样电路的选型，软件由模型预测主程序设计和采样子程序所构成。对本文所提出的零相位滑动平均滤波双二阶广义积分锁相环算法进行了实验验证，最终结果表明：这种改进型的SOGI算法能够更加快速更加精准地对相位和频率跟踪，能非常有效的避免误判，使LCL并网逆变器能够更加高效稳定的运行，与仿真的所得结果具有一致性，也证明了本文所提出的策略的有效性。
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