基于LCL滤波器的并网逆变器鲁棒电流控制

发布时间：2020-08-13 00:39

【摘要】：电压型逆变器在连接电网和能源方面发挥着重要作用,随着过去几年基于可再生能源的分布式发电系统(DPGS)的快速增长,这种并网逆变器也呈指数增长。并网逆变器通常由一个电流控制环控制,以根据电网需求来调节注入电网的电流。同时,为了抑制逆变器的高频开关谐波,通常会在逆变器和电网之间放置输出滤波器。对于滤波器拓扑而言,与L型滤波器拓扑相比,LCL型滤波器拓扑具有更好的高频谐波衰减性、更小的器件尺寸和更低的成本,因此受到广泛关注。但是,这种滤波器存在谐振问题,需要采取减震方法抑制谐振,确保系统的稳定性。为了避免无源阻尼带来的功率损失,建议使用有源阻尼来提高效率。然而有源阻尼控制有明显的缺陷:首先,在控制器的设计过程中需要准确了解谐振频率的大小,但是该频率取决于公共耦合点(PCC)处的电网阻抗值,且这些参数对制造商来说是不确定的或未知的。另外,并网逆变器需要对电网电压的扰动具有很好的抑制能力。事实上,电网电压的小扰动会大大增加逆变器注入电网的电流总谐波失真(THD),这可能导致系统不稳定。所以有必要采取能很好地适应干扰和不确定性的鲁棒有源阻尼控制。鲁棒控制技术也因此受到关注。本文重点关注采用LCL滤波器并网的电压型并网逆变器的电流控制。旨在提出一种新的鲁棒性有源阻尼控制方法以提高参数不确定性和电网扰动下的并网逆变器稳定性。鲁棒控制理论的最新进展是本研究的一个关键挑战,本文基于此目的提出了三种控制策略。首先,本文提出了一种基于观测器的鲁棒状态反馈控制器来抑制基于LC L滤波器的并网逆变器引起的谐振。所提出的控制容易设计,并使用现有的网侧电流估计状态反馈从而消除了对额外传感器的需要。该控制方法新颖之处在于推导了新的充分线性矩阵不等(LMI)式条件来确定控制参数,并且在观察器设计中对参数不确定性和电网干扰都进行了考虑。与经典观测器相比,所提出的方法在电网阻抗变化下具有更好的稳定性。本文第二部分提出了基于不确定性和扰动估计器(UDE)的电容电流反馈控制。状态反馈控制器设计用于阻尼LCL滤波器谐振,而UDE则用于实现期望的控制性能和鲁棒稳定性,以消除参数不确定性和电网干扰的影响。针对本文的控制策率设计了一种简单调谐算法。结果表明,基于UDE的控制为LCL滤波并网逆变器的鲁棒控制器设计提供了一种新方法。在研究工作的最后部分,基于自抗扰控制(ADRC),提出了一种新颖的采用LCL滤波器的并网逆变器的鲁棒控制。在稳定性分析之后,利用LCL滤波器的低阶近似简化了控制方案。该控制策略同样适用于并网光伏系统。仿真结果验证了该控制系统的绝对稳定性。最后,在实验室规模的LCL滤波并网逆变器上实现了所提出的控制方法,以验证基于自抗扰的控制方法的有效性和实用性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

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