高效率风光互补逆变系统反馈控制的研究

摘要

随着传统能源的消耗殆尽，太阳能和风能作为新能源越来越被重视。光伏发电和风能发电成为了当今世界的一个发展方向。作为发电系统的控制核心，风光互补逆变器的高效率控制策略就成了新能源发电的一个研究热点。本文完成了的工作包括逆变系统模型的建立，逆变器硬件平台的搭建，基于模糊自适应PID双环瞬时值反馈控制策略的研究，输出直流偏磁的重复控制法抑制。通过优化系统的硬件设计和控制策略，使逆变系统的效率最优。
　　首先，建立逆变器的数学模型。在满足系统的鲁棒性和暂态性的情况下，通过MATLAB仿真确定系统控制参数在稳定工作情况下的取值范围以及系统的最优参数。
　　其次，搭建基于效率最优的逆变器硬件平台。单相全桥拓扑的主电路，采用混合调制(HPWM)的调制方式，使开关管的开关损耗降到最低。基于三电平单极性的SPWM调制方式，能有效的抑制偶次谐波。基于无功最小的LC滤波器最优设计使逆变系统传导损耗降到最低。
　　再次，基于自适应模糊PID双环瞬时值反馈的控制策略，PID控制器保证系统具有很好的鲁棒性，实现无静差的精准控制。自适应模糊控制策略用于修正在较大范围内的PID控制参数，使系统能够快速的趋于稳定，提高系统的暂态特性。增强系统的稳态特性和减少系统暂态调节时间，使系统的效率能够最大可能的提高。
　　最后，由于运放的零点漂移、逆变器驱动信号线的不完全对称以及开关管的自身特性不完全一致，造成了逆变器输出电压有一定的直流偏磁，引入重复控制，实现系统直流零偏磁，减小了电感的体积，降低了系统的传导损耗，增强系统的稳定性，提高了系统的效率。

目录

正文

摘要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 风光互补逆变系统控制策略的国内外研究现状

1.2.1 状态反馈控制

1.2.2 谐波反馈控制

1.2.3 滞环控制

1.2.4 PID控制

1.2.5 SVPWM控制

1.2.6 无差拍控制

1.2.7 重复控制

1.2.8 模糊控制

1.2.9 滑模变结构控制

1.2.10 神经网络控制

1.3 本文主要的研究内容

第2章 逆变器数学模型的建立与分析

2.1 引言

2.2 逆变电路的数学模型

2.3 逆变电路开环特性分析

2.4 PID控制器模型与分析

2.5 逆变器双闭环特性分析

2.6 闭环系统的频谱分析

2.6.1 电压外环比例系数分析

2.6.2 电压外环积分系数分析

2.6.3 电流内环比例系数分析

2.7 本章小结

第3章 逆变器硬件电路设计

3.1 引言

3.2 主电路设计

3.2.1 主拓扑电路选择

3.2.2 LC滤波器

3.3 反馈电路设计

3.3.1 电压反馈电路

3.3.2 电流反馈电路

3.4 保护电路设计

3.4.1 散热片过温保护电路

3.4.2 直流母线过压保护电路

3.4.3 开关管过流保护电路

3.5 本章小结

第4章 自适应模糊PID控制的研究与分析

4.1 引言

4.2 自适应模糊PID控制器设计

4.2.1 模糊化

4.2.2 模糊规则推理

4.2.3 去模糊化

4.3 系统软件设计

4.4 实验研究与分析

4.4.1 系统稳态分析

4.4.2 系统暂态分析

4.5 本章小结

第5章 重复控制消除直流偏磁

5.1 引言

5.2 重复控制理论分析

5.2.1 重复控制的稳定性分析

5.2.2 系统的稳定性设计

5.3 重复控制器设计

5.4 实验验证与结果分析

5.4.1 稳态实验分析

5.4.2 暂态实验分析

5.5 本章小结

未标题

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢