【摘要】：電壓型逆變器在連接電網(wǎng)和能源方面發(fā)揮著重要作用,隨著過去幾年基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)(DPGS)的快速增長,這種并網(wǎng)逆變器也呈指數(shù)增長。并網(wǎng)逆變器通常由一個電流控制環(huán)控制,以根據(jù)電網(wǎng)需求來調(diào)節(jié)注入電網(wǎng)的電流。同時,為了抑制逆變器的高頻開關諧波,通常會在逆變器和電網(wǎng)之間放置輸出濾波器。對于濾波器拓撲而言,與L型濾波器拓撲相比,LCL型濾波器拓撲具有更好的高頻諧波衰減性、更小的器件尺寸和更低的成本,因此受到廣泛關注。但是,這種濾波器存在諧振問題,需要采取減震方法抑制諧振,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了避免無源阻尼帶來的功率損失,建議使用有源阻尼來提高效率。然而有源阻尼控制有明顯的缺陷:首先,在控制器的設計過程中需要準確了解諧振頻率的大小,但是該頻率取決于公共耦合點(PCC)處的電網(wǎng)阻抗值,且這些參數(shù)對制造商來說是不確定的或未知的。另外,并網(wǎng)逆變器需要對電網(wǎng)電壓的擾動具有很好的抑制能力。事實上,電網(wǎng)電壓的小擾動會大大增加逆變器注入電網(wǎng)的電流總諧波失真(THD),這可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以有必要采取能很好地適應干擾和不確定性的魯棒有源阻尼控制。魯棒控制技術也因此受到關注。本文重點關注采用LCL濾波器并網(wǎng)的電壓型并網(wǎng)逆變器的電流控制。旨在提出一種新的魯棒性有源阻尼控制方法以提高參數(shù)不確定性和電網(wǎng)擾動下的并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性。魯棒控制理論的最新進展是本研究的一個關鍵挑戰(zhàn),本文基于此目的提出了三種控制策略。首先,本文提出了一種基于觀測器的魯棒狀態(tài)反饋控制器來抑制基于LC L濾波器的并網(wǎng)逆變器引起的諧振。所提出的控制容易設計,并使用現(xiàn)有的網(wǎng)側電流估計狀態(tài)反饋從而消除了對額外傳感器的需要。該控制方法新穎之處在于推導了新的充分線性矩陣不等(LMI)式條件來確定控制參數(shù),并且在觀察器設計中對參數(shù)不確定性和電網(wǎng)干擾都進行了考慮。與經(jīng)典觀測器相比,所提出的方法在電網(wǎng)阻抗變化下具有更好的穩(wěn)定性。本文第二部分提出了基于不確定性和擾動估計器(UDE)的電容電流反饋控制。狀態(tài)反饋控制器設計用于阻尼LCL濾波器諧振,而UDE則用于實現(xiàn)期望的控制性能和魯棒穩(wěn)定性,以消除參數(shù)不確定性和電網(wǎng)干擾的影響。針對本文的控制策率設計了一種簡單調(diào)諧算法。結果表明,基于UDE的控制為LCL濾波并網(wǎng)逆變器的魯棒控制器設計提供了一種新方法。在研究工作的最后部分,基于自抗擾控制(ADRC),提出了一種新穎的采用LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的魯棒控制。在穩(wěn)定性分析之后,利用LCL濾波器的低階近似簡化了控制方案。該控制策略同樣適用于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。仿真結果驗證了該控制系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性。最后,在實驗室規(guī)模的LCL濾波并網(wǎng)逆變器上實現(xiàn)了所提出的控制方法,以驗證基于自抗擾的控制方法的有效性和實用性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM464

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