基于状态观测器的LCL型三相PWM整流器控制系统研究

发布时间：2017-09-28 15:43

  本文关键词：基于状态观测器的LCL型三相PWM整流器控制系统研究

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【摘要】：传统能源的枯竭与环境问题的日益加剧,使得以风能和太阳能为代表的新能源发电系统得到了快速发展。其中,高频三相PWM整流器作为电力传输接口成为新能源发电研究的关键技术。随着电力系统功率等级的提高,传统基于单L滤波的三相PWM整流器自身弊端开始凸显出来。LCL型三相PWM整流器以其更为优越的滤波特性,得到了迅速的推广。然而,LCL滤波器作为三阶系统有着更为复杂的控制设计,以及其固有的谐振特性使得系统极容易不稳定。因此,文本将对LCL系统的控制方法与谐振阻尼技术进行深入研究。本文首先在现有的基于LCL滤波器的三相PWM整流器拓扑模型上,建立了LCL滤波器在静止坐标系ABC及同步旋转坐标系dq下的数学模型。基于同步旋转坐标系dq下的数学模型,取单相d轴变量进行分析。对数字控制系统所存在的一拍滞后进行建模。基于含一拍滞后的四阶离散状态空间模型,对PI全状态反馈控制策略进行了系统性地分析与设计。鉴于全状态反馈控制需要较多传感器,引入状态观测器。首先,对传统的龙伯格(Luenberger)状态观测器进行了详细的分析与设计。针对传统状态观测器所存在的观测误差问题做了深入分析,研究了比例积分(PI)状态观测器。通过积分项的引入,试图消除观测误差。最后,讨论了在噪声环境下工作性能更佳的卡尔曼滤波器的具体原理及设计方法。为了验证基于PI的全状态反馈控制策略的有效性、三种不同状态观测器的观测效果以及基于三种不同观测器的全状态反馈控制策略的可行性,本文基于LCL型三相PWM整流器系统在MATLAB/SIMULINK环境下进行了仿真。全文最后在基于LCL滤波器的三相PWM整流器实验台架上,对基于三种不同观测器的全状态反馈控制策略进行了实验验证。
【关键词】：PWM整流器 LCL滤波器 状态空间 全状态反馈 状态观测器
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM461;TM921.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 高频PWM整流器的提出背景及意义10-12
• 1.2 基于LCL滤波器的三相PWM整流器的研究意义12-13
• 1.3 基于LCL滤波器的三相PWM整流器的电流控制技术13-16
• 1.4 基于LCL滤波器的三相PWM整流器的谐振阻尼技术16-18
• 1.5 本文的研究内容18-20
• 2 基于LCL滤波器的三相PWM整流器拓扑及数学建模20-28
• 2.1 基于LCL滤波器的三相PWM整流器拓扑结构20
• 2.2 基于LCL滤波器的三相PWM整流器数学建模20-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 基于全状态反馈的控制策略研究28-48
• 3.1 LCL滤波器离散状态空间模型28-32
• 3.2 LCL型PWM整流器全状态反馈控制设计32-44
• 3.2.1 LCL型PWM整流器全状态反馈控制的基本原理32-34
• 3.2.2 基于比例积分（PI）的全状态反馈控制设计34-44
• 3.3 全状态反馈控制系统的仿真验证44-47
• 3.3.1 仿真概述44-45
• 3.3.2 仿真验证45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 基于状态观测器的全状态反馈控制研究48-78
• 4.1 基于LCL滤波器离散模型的状态观测器48-65
• 4.1.1 基于LCL滤波器离散模型的龙伯格（Luenberger）状态观测器48-53
• 4.1.2 基于LCL滤波器离散模型的比例积分（PI）状态观测器53-60
• 4.1.3 基于LCL滤波器离散模型的卡尔曼滤波器60-65
• 4.2 基于LCL滤波器离散模型的状态观测器的仿真验证65-72
• 4.2.1 仿真概述65-66
• 4.2.2 龙伯格（Luenberger）状态观测器的观测效果66-68
• 4.2.3 比例积分（PI）状态观测器与龙伯格（Luenberger）状态观测器的观测效果对比68-70
• 4.2.4 卡尔曼滤波器的观测效果70-72
• 4.3 基于状态观测器的全状态反馈控制系统仿真验证72-76
• 4.3.1 仿真概述72-73
• 4.3.2 基于龙伯格（Luenberger）状态观测器的全状态反馈控制系统仿真73-74
• 4.3.3 基于比例积分（PI）状态观测器的全状态反馈控制系统仿真74-75
• 4.3.4 基于卡尔曼滤波器的全状态反馈控制系统仿真75-76
• 4.4 本章小结76-78
• 5 实验结果78-84
• 5.1 实验台架简介78-79
• 5.2 实验结果与分析79-84
• 6 总结与展望84-86
• 6.1 本文总结84-85
• 6.2 工作展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90

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本文编号：936710