三相四桥臂并网逆变器重复控制积分抗饱和策略研究

发布时间：2020-04-05 04:21

【摘要】：随着风能、太阳能、燃料电池等新能源发电并网技术的发展,作为重要环节的并网逆变器控制策略得到越来越多的关注。重复控制对周期性信号具有积分作用,被广泛地应用到并网逆变器控制中。但是,由于功率管开关特性和直流电压的约束,重复控制器存在积分饱和现象,严重影响供电质量。本文针对这个问题,以三相四桥臂并网逆变器为对象,研究重复控制器积分抗饱和策略,主要内容如下:设计了三相四桥臂并网逆变器重复控制整体方案。采用状态空间平均法建立三相四桥臂并网逆变器在abc和dq0坐标系下的数学模型,设计了dq0坐标系下的解耦控制方法。在设计了锁相环和三维空间矢量调制的基础上,建立了系统整体控制方案。最后设计了abc坐标系下的电流重复控制器,通过仿真验证了该控制方法的优越性。提出了重复控制内模消除积分抗饱和策略。为了解决饱和时控制量无界增长的问题,本文将重复控制器表达式通过因式分解的方式分解出内模部分,通过增加补偿器的形式在系统饱和时消除内模动态,抑制控制量继续积分。对系统稳定性进行了分析,并对补偿器参数进行了优化设计。通过仿真验证了该方法的有效性。提出了重复控制模型恢复积分抗饱和策略。该策略补偿器以控制量饱和前与饱和后的偏差为输入信号,输出对控制量和输出反馈量分别进行补偿。控制量补偿环节引入饱和偏差,并采用线性二次型最优控制方法进行参数优化。输出反馈补偿环节引入被控对象模型。通过仿真验证了该方法的有效性,并和内模消除积分抗饱和策略进行了对比分析。搭建了三相四桥臂并网逆变器实验平台,对本文所提控制方法进行实验研究。在对系统软硬件设计的基础上,搭建了实物平台,对系统未饱和及饱和情况下,具有积分抗饱和功能的重复控制器性能进行研究。结果表明:未饱和时控制器能实现对交流信号的精确跟踪,饱和时模型恢复积分抗饱和策略能有效抑制控制量的无界增长,解决电流切换之后因控制量无界积分引起的超调问题。
【图文】：

饱和现象,仿真图,重复控制器,比例环节

0.3 和-0.6，此饱和控制量作用于被控对象后能提供的输出平均值的上限值和下限值分别为 0.6 和-1.2。根据以上参数和设置在 Matlab/Simulink 中搭建闭环控制系统如图 3-2 所示。重复控制器Grc(z)比例环节Kp图 3-2 饱和现象分析实例仿真图图中各模块含义和图 3-1 相同，重复控制器及比例环节也已在图中指明。通过改变输入信号 r(k)的占空比调整其平均值大小，不同输入信号下系统的输入输出及控制量仿真结果如图 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) 输入输出信号曲线-1012345670 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5t/sv(k,)u(k)vu(b) 控制量曲线图 3-3 输入信号平均值为 0.4 时仿真结果

四桥臂,抗饱和,并网逆变器,内模

3.4 仿真与分析在 Matlab/Simulink 中搭建仿真模型如图 3-8 所示，其中电流控制环节包含重复控制器及内模消除积分抗饱和补偿器。三相四桥臂并网逆变器的额定参数和第 2 章 2.4 节表 2-3 相同，重复控制器的参数选取也同于 2.4 节。根据第 2 章三相四桥臂并网逆变器在 abc 坐标系下的数学模型，得到被控对象的 z 域表达式如下：23 21.4605 0.0638 0.6768( )1.9232 1.1556 0.2299pz zG zz z z+ = + （3-11）对象的闭环极点为 z1=0.992，，z2=0.466+0.122×i，z3=0.466-0.122×i。因此选择内模消除积分抗饱和补偿器的参数为：F(z)=-1.9232z2+1.1556z-0.2299，G(z)=z3。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

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