典型電網(wǎng)工況下三相并網(wǎng)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(wǎng)頻率變化、電壓波動和閃變等電能質(zhì)量問題時有發(fā)生；電網(wǎng)電壓畸變現(xiàn)象也比以往更加頻繁出現(xiàn)。因此，在復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境下，三相并網(wǎng)變換器可能工作在非理想的電網(wǎng)電壓甚至電壓閃變工況。在畸變、不對稱等電網(wǎng)電壓環(huán)境下，采用傳統(tǒng)控制策略的三相并網(wǎng)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(wǎng)電壓發(fā)生波動或者閃變時，三相并網(wǎng)變換器甚至可能變得不穩(wěn)定。針對電網(wǎng)典型工，本文從三相并網(wǎng)變換器控制策略的控制

2、結(jié)構(gòu)簡化、擾動抵抗能力提升、快速的電網(wǎng)電壓閃變響應(yīng)和系統(tǒng)狀態(tài)約束等方面，研究三相并網(wǎng)變換器的控制問題，提升三相并網(wǎng)變換器的性能。
　　針對傳統(tǒng)具有諧波抵抗能力的電網(wǎng)電壓同步方法檢測電網(wǎng)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(fù)合濾波方法，實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)電壓基波分量準(zhǔn)確、快速地提取。研究表明，本文方法的響應(yīng)速度比傳統(tǒng)方法快。
　　本文對典型三相并網(wǎng)變換器的欠驅(qū)動特性、解耦矩陣不可逆和

3、非理想電網(wǎng)電壓的影響等問題進(jìn)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(wǎng)變換器的欠驅(qū)動特性、解耦矩陣不可逆等特性導(dǎo)致的反饋律無解的問題。進(jìn)一步的研究表明：非理想電網(wǎng)電壓對三相并網(wǎng)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(wǎng)變換器模型或者三相并網(wǎng)變換器的瞬時功率模型中會出現(xiàn)電網(wǎng)電壓的導(dǎo)數(shù)，由于非理想電網(wǎng)電壓的各次分量檢測困難，電網(wǎng)電壓的導(dǎo)數(shù)通常會成為模型不確定擾動。另一方面，非理想電網(wǎng)電壓會導(dǎo)致傳統(tǒng)

4、給定算法生成畸變的給定。通過對電網(wǎng)與三相并網(wǎng)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(wǎng)電壓下的三相并網(wǎng)變換器）產(chǎn)生或者消耗一定的諧波功率的方式來獲得無畸變的網(wǎng)側(cè)電流給定，使得網(wǎng)側(cè)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(shè)計時無需考慮非理想電網(wǎng)電壓下的三相并網(wǎng)變換器的諧波抑制問題，從而大大簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，便于性能優(yōu)異的跟蹤控制方法的應(yīng)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(wǎng)工況下三相并網(wǎng)變換器的控制系統(tǒng)通用設(shè)計方法，使三相并網(wǎng)變換器適應(yīng)理想或者非理想的電網(wǎng)環(huán)境，既可解決三相并網(wǎng)變換器內(nèi)動態(tài)不穩(wěn)定等問題的又可得到三相并網(wǎng)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(shè)計都是可以針對一類三相并網(wǎng)變換器，提高了適用性?；诳刂葡到y(tǒng)通用設(shè)計方法，本文基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器提出了一種改進(jìn)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(jìn)內(nèi)?？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(jié)構(gòu)簡單、適用于高相對階的三相并網(wǎng)變換器，可以使三相并網(wǎng)變換器在理想電網(wǎng)電壓下接近單位功率因數(shù)運(yùn)行、在非理想電網(wǎng)電壓下有效抑制電流諧波。改進(jìn)內(nèi)模控制是通過擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對擾動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞教岣邇?nèi)?？刂频臄_動抵抗能力。這種方法可實(shí)現(xiàn)對周期信號的無差跟蹤，并且在非理想電網(wǎng)電壓下比自抗擾功率控制更有效

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

8、相并網(wǎng)變換器在理想電網(wǎng)電壓下接近單位功率因數(shù)運(yùn)行。
　　理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的通用設(shè)計方法可確保三相并網(wǎng)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(shè)計?；谕ㄓ迷O(shè)計方法，本文提出的改進(jìn)內(nèi)?？刂坪蛶Хe分反饋的約束自適應(yīng)魯棒控制都具有一定的抵抗擾動的能力，并能將三相并網(wǎng)變換器的網(wǎng)側(cè)電流諧波控制在5%以內(nèi)、保證三相并網(wǎng)變換器在理想電網(wǎng)電壓下接近單位功率因數(shù)運(yùn)行。本文提出的電網(wǎng)電壓同步方法可大幅加快三相并網(wǎng)變換器控制系統(tǒng)在電