基于状态空间的LCL并网逆变器控制策略研究

摘要

随着并网逆变器装置投切规模的逐渐扩大,其输出的并网电流谐波对电网电压的污染问题变得不容忽视,LCL滤波器在并网逆变器系统中得到了广泛的应用,其对高次谐波具有良好的衰减作用;但LCL滤波器为三阶低阻尼系统,易导致系统谐振。
　　常用的并网逆变器谐振抑制方法有无源阻尼方法和有源阻尼方法。然而,无源阻尼增加了系统损耗和设计复杂程度,单变量反馈的有源阻尼方法较难达到理想的谐振抑制效果。状态反馈作为一种有源阻尼方法,可增加LCL滤波器的并网逆变器系统的阻尼。考虑成本和可靠性,常设计状态观测器代替传感器来观测反馈状态量。采用基于状态反馈的网侧电流直接闭环控制,将系统极点配置在电容电压微分等效阻尼的位置,增加了系统阻尼,从而有效地抑制了LCL滤波器的谐振尖峰,保证了系统的稳定性;同时其对系统参数不敏感,并且不增加额外的传感器,是一种低成本高可靠性的控制策略。
　　文中首先建立了LCL并网逆变器状态空间模型,据此分析了系统的可控性,并研究了并网逆变器电流控制策略;其次,通过极点配置实现基于状态反馈的等效有源阻尼方法,引入状态观测器观测所需状态量,加入干扰观测器(DOB)提高状态空间模型的准确性,对比分析了加入DOB前后有源阻尼效果。再次,研究了基于电容电压的并网逆变器谐振抑制方法的原理及其效果;随后,对并网逆变器低载运行时电压谐波畸变率(THD)进行了理论分析。最后,通过仿真和实验,验证了研究的可行性和有效性。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章LCL并网逆变器数学模型

2.1状态变量的选取

2.2状态方程的列写

2.3能控性

2.4能控标准型

2.5本章小结

第三章 LCL并网逆变器控制策略研究

3.1 LCL并网逆变器内环反馈变量的选取

3.2比例积分(PI)控制

3.3基于同步坐标系的三相LCL-VSI解耦控制

3.4 重复控制及其存在的问题分析

3.5 LCL并网逆变器直流侧解耦控制

3.6本章小结

第四章 状态反馈和状态观测器设计

4.1状态反馈的含义

4.2 状态反馈设计

4.3系统零极点分析

4.4状态观测器设计

4.5基于干扰观测器的鲁棒状态空间模型

4.6根据系统动态稳态性能配置系统极点

4.7本章小结

第五章 基于电容电压的并网逆变器有源阻尼方法

5.1基于电容电压的并网逆变器有源阻尼方法

5.2谐振抑制效果及原理分析

5.3鲁棒性对比

第六章 并网逆变器低载荷运行时THD分析及改善

6.1 LCL并网逆变器输出电流THD分析

6.2影响输出电流THDg的因素

6.3低载运行输出电流质量的提高

6.4本章小结

第七章 系统设计

7.1 实验平台介绍

7.2 AD采样通道

7.3同步坐标系下并网逆变器系统相关实验

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况