【摘要】：隨著風(fēng)能、太陽能、燃料電池等新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,作為重要環(huán)節(jié)的并網(wǎng)逆變器控制策略得到越來越多的關(guān)注。重復(fù)控制對(duì)周期性信號(hào)具有積分作用,被廣泛地應(yīng)用到并網(wǎng)逆變器控制中。但是,由于功率管開關(guān)特性和直流電壓的約束,重復(fù)控制器存在積分飽和現(xiàn)象,嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。本文針對(duì)這個(gè)問題,以三相四橋臂并網(wǎng)逆變器為對(duì)象,研究重復(fù)控制器積分抗飽和策略,主要內(nèi)容如下:設(shè)計(jì)了三相四橋臂并網(wǎng)逆變器重復(fù)控制整體方案。采用狀態(tài)空間平均法建立三相四橋臂并網(wǎng)逆變器在abc和dq0坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了dq0坐標(biāo)系下的解耦控制方法。在設(shè)計(jì)了鎖相環(huán)和三維空間矢量調(diào)制的基礎(chǔ)上,建立了系統(tǒng)整體控制方案。最后設(shè)計(jì)了abc坐標(biāo)系下的電流重復(fù)控制器,通過仿真驗(yàn)證了該控制方法的優(yōu)越性。提出了重復(fù)控制內(nèi)模消除積分抗飽和策略。為了解決飽和時(shí)控制量無界增長(zhǎng)的問題,本文將重復(fù)控制器表達(dá)式通過因式分解的方式分解出內(nèi)模部分,通過增加補(bǔ)償器的形式在系統(tǒng)飽和時(shí)消除內(nèi)模動(dòng)態(tài),抑制控制量繼續(xù)積分。對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并對(duì)補(bǔ)償器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過仿真驗(yàn)證了該方法的有效性。提出了重復(fù)控制模型恢復(fù)積分抗飽和策略。該策略補(bǔ)償器以控制量飽和前與飽和后的偏差為輸入信號(hào),輸出對(duì)控制量和輸出反饋量分別進(jìn)行補(bǔ)償。控制量補(bǔ)償環(huán)節(jié)引入飽和偏差,并采用線性二次型最優(yōu)控制方法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。輸出反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)引入被控對(duì)象模型。通過仿真驗(yàn)證了該方法的有效性,并和內(nèi)模消除積分抗飽和策略進(jìn)行了對(duì)比分析。搭建了三相四橋臂并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)本文所提控制方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在對(duì)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,搭建了實(shí)物平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)未飽和及飽和情況下,具有積分抗飽和功能的重復(fù)控制器性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明:未飽和時(shí)控制器能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流信號(hào)的精確跟蹤,飽和時(shí)模型恢復(fù)積分抗飽和策略能有效抑制控制量的無界增長(zhǎng),解決電流切換之后因控制量無界積分引起的超調(diào)問題。
【圖文】：

0.3 和-0.6，此飽和控制量作用于被控對(duì)象后能提供的輸出平均值的上限值和下限值分別為 0.6 和-1.2。根據(jù)以上參數(shù)和設(shè)置在 Matlab/Simulink 中搭建閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 3-2 所示。重復(fù)控制器Grc(z)比例環(huán)節(jié)Kp圖 3-2 飽和現(xiàn)象分析實(shí)例仿真圖圖中各模塊含義和圖 3-1 相同，重復(fù)控制器及比例環(huán)節(jié)也已在圖中指明。通過改變輸入信號(hào) r(k)的占空比調(diào)整其平均值大小，不同輸入信號(hào)下系統(tǒng)的輸入輸出及控制量仿真結(jié)果如圖 3-3 和 3-4 所示。0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.4-0.200.20.40.60.811.2t/sr(k,)y(k)ry(a) 輸入輸出信號(hào)曲線-1012345670 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5t/sv(k,)u(k)vu(b) 控制量曲線圖 3-3 輸入信號(hào)平均值為 0.4 時(shí)仿真結(jié)果

3.4 仿真與分析在 Matlab/Simulink 中搭建仿真模型如圖 3-8 所示，其中電流控制環(huán)節(jié)包含重復(fù)控制器及內(nèi)模消除積分抗飽和補(bǔ)償器。三相四橋臂并網(wǎng)逆變器的額定參數(shù)和第 2 章 2.4 節(jié)表 2-3 相同，重復(fù)控制器的參數(shù)選取也同于 2.4 節(jié)。根據(jù)第 2 章三相四橋臂并網(wǎng)逆變器在 abc 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，得到被控對(duì)象的 z 域表達(dá)式如下：23 21.4605 0.0638 0.6768( )1.9232 1.1556 0.2299pz zG zz z z+ = + （3-11）對(duì)象的閉環(huán)極點(diǎn)為 z1=0.992，，z2=0.466+0.122×i，z3=0.466-0.122×i。因此選擇內(nèi)模消除積分抗飽和補(bǔ)償器的參數(shù)為：F(z)=-1.9232z2+1.1556z-0.2299，G(z)=z3。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM464

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