典型電網工況下三相并網變換器的控制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電網頻率變化、電壓波動和閃變等電能質量問題時有發(fā)生；電網電壓畸變現(xiàn)象也比以往更加頻繁出現(xiàn)。因此，在復雜的電網環(huán)境下，三相并網變換器可能工作在非理想的電網電壓甚至電壓閃變工況。在畸變、不對稱等電網電壓環(huán)境下，采用傳統(tǒng)控制策略的三相并網變換器將失去單位功率因數(shù)、正弦交流電流和穩(wěn)定的直流母線電壓等性能。在電網電壓發(fā)生波動或者閃變時，三相并網變換器甚至可能變得不穩(wěn)定。針對電網典型工，本文從三相并網變換器控制策略的控制

2、結構簡化、擾動抵抗能力提升、快速的電網電壓閃變響應和系統(tǒng)狀態(tài)約束等方面，研究三相并網變換器的控制問題，提升三相并網變換器的性能。
　　針對傳統(tǒng)具有諧波抵抗能力的電網電壓同步方法檢測電網電壓狀態(tài)速度較慢的問題，本文提出了一種由低階Kalman濾波器和低階FIR濾波器組成的復合濾波方法，實現(xiàn)了對電網電壓基波分量準確、快速地提取。研究表明，本文方法的響應速度比傳統(tǒng)方法快。
　　本文對典型三相并網變換器的欠驅動特性、解耦矩陣不可逆和

3、非理想電網電壓的影響等問題進行了分析研究。本文基于多輸入多輸出反饋線性化理論解決了三相并網變換器的欠驅動特性、解耦矩陣不可逆等特性導致的反饋律無解的問題。進一步的研究表明：非理想電網電壓對三相并網變換器的影響體現(xiàn)在模型擾動和給定畸變兩個方面。一方面，高階三相并網變換器模型或者三相并網變換器的瞬時功率模型中會出現(xiàn)電網電壓的導數(shù)，由于非理想電網電壓的各次分量檢測困難，電網電壓的導數(shù)通常會成為模型不確定擾動。另一方面，非理想電網電壓會導致傳統(tǒng)

4、給定算法生成畸變的給定。通過對電網與三相并網變換器間的期望功率流的研究，本文提出一種基于諧波注入功率思想的精確給定算法，解決了畸變的給定的問題。這種給定算法以（非理想電網電壓下的三相并網變換器）產生或者消耗一定的諧波功率的方式來獲得無畸變的網側電流給定，使得網側電流諧波抑制從控制問題變?yōu)榻o定問題。這使得控制系統(tǒng)設計時無需考慮非理想電網電壓下的三相并網變換器的諧波抑制問題，從而大大簡化了控制系統(tǒng)的結構，便于性能優(yōu)異的跟蹤控制方法的應用。<

5、br>　　基于多輸入多輸出反饋線性化理論以及精確給定算法，本文提出了一種典型電網工況下三相并網變換器的控制系統(tǒng)通用設計方法，使三相并網變換器適應理想或者非理想的電網環(huán)境，既可解決三相并網變換器內動態(tài)不穩(wěn)定等問題的又可得到三相并網變換器統(tǒng)一的反饋線性化模型。這使得跟蹤控制器及其參數(shù)設計都是可以針對一類三相并網變換器，提高了適用性?；诳刂葡到y(tǒng)通用設計方法，本文基于擴張狀態(tài)觀測器提出了一種改進跟蹤控制方法。這種方法包含線性自抗擾功率控制和改

6、進內?？刂苾煞N形式，可以有效改善系統(tǒng)的跟蹤效果、提高系統(tǒng)抵抗擾動的能力。線性自抗擾功率控制是一種基于直接功率控制思想的線性自抗擾PI控制方法。它結構簡單、適用于高相對階的三相并網變換器，可以使三相并網變換器在理想電網電壓下接近單位功率因數(shù)運行、在非理想電網電壓下有效抑制電流諧波。改進內?？刂剖峭ㄟ^擴張狀態(tài)觀測器對擾動進行補償?shù)姆绞教岣邇饶？刂频臄_動抵抗能力。這種方法可實現(xiàn)對周期信號的無差跟蹤，并且在非理想電網電壓下比自抗擾功率控制更有效

7、地抑制三相并網變換器的網側電流諧波。為了進一步降低跟蹤控制器的設計難度，本文根據(jù)相對階為一的三相并網變換器只需反饋系統(tǒng)輸出的特性，為改進內模控制設計了降階擴張狀態(tài)觀測器。
　　針對相對階為一的三相并網變換器，本文提出了一種的帶積分反饋的約束自適應魯棒控制。約束自適應魯棒控制可有效約束系統(tǒng)狀態(tài)，并一定程度上防止網側電流過流。結合前文的控制系統(tǒng)通用設計方法，約束自適應魯棒控制可以將三相并網變換器的網側電流諧波約束在5％以內，同時可使三

8、相并網變換器在理想電網電壓下接近單位功率因數(shù)運行。
　　理論分析和實驗表明，本文提出的通用設計方法可確保三相并網變換器系統(tǒng)的零動態(tài)穩(wěn)定，并且簡化控制器及其參數(shù)的設計。基于通用設計方法，本文提出的改進內?？刂坪蛶Хe分反饋的約束自適應魯棒控制都具有一定的抵抗擾動的能力，并能將三相并網變換器的網側電流諧波控制在5%以內、保證三相并網變換器在理想電網電壓下接近單位功率因數(shù)運行。本文提出的電網電壓同步方法可大幅加快三相并網變換器控制系統(tǒng)在電