光伏并网逆变器H_∞鲁棒控制策略的研究

光伏并网系统中,为了抑制逆变器参数不确定和电网干扰对输出电能的影响,提出了基于H∞鲁棒控制的光伏并网逆变器控制策略。在分析三相光伏并网逆变器的数学模型基础上,建立了包含不确定参数和电网干扰的模型,基于系统性能要求选取加权函数,并求得广义被控对象的状态空间实现,通过求解代数Riccati方程,得到H∞鲁棒控制器。通过仿真与传统PI控制方法进行比较,验证了该控制器对参数变化和电网干扰具有较强的鲁棒性。     

新能源电网中微电源并网控制策略研究

为了保证分布式发电安全并网运行,提高微电网的稳定性能,研究了微电源逆变器接口的鲁棒控制问题。该研究基于三相并网逆变器系统,建立了三阶数学模型。考虑到系统的动态模型参数的不确定性,基于Lyapunov鲁棒稳定方法设计鲁棒控制器,并将该鲁棒稳定性问题转换为线性矩阵不等式问题,给出保证系统稳定的充分条件。采用线性矩阵不等式的凸优化技术,可求得最小鲁棒性能指标和鲁棒控制器的参数。仿真结果证明了该控制方案的有效性。     

基于鲁棒残差观测器的分布式电网动态补偿控制

为了增强分布式电网对电压波动、谐波和三相不平衡的抗干扰能力,针对电压型逆变器设计了一种基于鲁棒残差观测器的分布式电网动态补偿控制策略。首先以dq轴坐标系为基准,建立电流基波和非基波分离的逆变器状态空间模型,依据所设计的动态补偿控制结构将电能质量问题分解定义为逆变器dq坐标系下状态空间模型的扰动输入。其次根据鲁棒尤拉参数化稳定控制器理论推导出基于鲁棒残差观测器的动态补偿控制结构,并对其正确性加以证明。然后参考鲁棒模型匹配原理使用线性矩阵不等式(linearmatrix inequality,LMI)对电压动态补偿控制器进行求解,同时完成电流环控制器的二次动态补偿,并通过小信号稳定性分析证明系统的稳定性。最后将鲁棒残差观测器动态补偿结构加入到逆变器双闭环控制中,改善分布式电网电压的电能质量问题,并在AppSIM半实物仿真系统平台上验证其有效性,其结果证明该策略可以在不改变原控制系统结构和参数基础上,提升抗干扰能力和鲁棒控制效果。     

基于模型预测控制的微电网逆变器控制方法研究

针对微电网内负荷随机性大和网内分布式电源对负荷变化敏感度高的问题,利用模型预测控制中的动态矩阵预估控制对适用于微电网这一特点的专用逆变器输出控制器进行改进。对传统分布式发电系统的并网逆变器内部控制结构在保留传统功率控制器的基础上,利用基于模型控制的动态矩阵预估控制方法设计了模型预测控制器来替代传统控制结构中交流侧的电压环、电流环输出控制器和直流侧电压控制器。仿真实验验证了该逆变器控制方法提高了逆变器控制器的动态响应速度,改善了传统控制器的超调、振荡、稳态误差等问题,逆变器内部控制系统的动态性能得到提升。     

光伏并网VSI鲁棒预测控制方法及稳定性分析

在光伏微电网控制系统中,延时和滤波电感量变化会影响系统响应速度、稳定性及并网电流畸变率。对此,提出一种功率前馈的鲁棒预测无差拍并网控制方法。通过引入功率前馈控制加快系统的响应速度。鲁棒预测无差拍控制方法被提出用于并网电流控制,以增强系统的鲁棒性,降低因控制延时和电感量偏差对并网电流造成的畸变。分析了带延迟环节的z域无差拍控制模型,并讨论了延时和电感量取值对系统稳定性的影响。给出了鲁棒预测无差拍控制的设计方法,并根据z域内的传递函数对其进行了稳定性分析,确定了控制参数的选取范围。仿真与实验结果证明了所提控制方法的有效性。     

弱电网下并网逆变器自适应H∞控制方法

在实际应用中,采用传统的鲁棒H_∞控制方法的并网逆变器,其稳定性和干扰抑制性能往往会受到电网弱电网特性的影响。为了增强并网逆变器对电网阻抗变化的适应能力,提出一种适用于弱电网的并网逆变器改进H_∞控制方法,即自适应H_∞控制方法。以单相并网逆变器为例,建立了弱电网下并网逆变器的鲁棒H_∞控制模型,证明了弱电网特性将会造成该模型中系统参数、控制输入参数以及干扰输入参数出现参数摄动,从而影响了系统的稳定性以及干扰抑制性能。为了克服弱电网特性的影响,改进方法中引入了间接控制来取代公共连接点电压前馈动态地调节公共连接点电压,消除了控制系统的参数摄动,增强了并网逆变器对弱电网具有自适应性,提高了系统的稳定性和干扰抑制性能。最后,通过搭建的实验平台验证了理论分析和所提自适应H_∞控制方法的合理性及有效性。     

考虑源-荷不确定性的水风柴微电网优化配置

水、风资源和负荷不确定性影响微电网配置方案的经济性和鲁棒性。文中提出一种考虑源-荷不确定性的并网型水/风/柴微电网双层优化规划模型。上层优化为微电网电源容量优化配置模型;下层优化为考虑了小水电、小风电及负荷功率不确定性的微电网优化运行模型,并利用Seng-Cheol Kang提出的鲁棒线性优化理论(SCK型鲁棒线性优化)将不确定性模型转化为确定性模型。然后,结合含精英策略的快速非支配性排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和混合整数线性规划(MILP)求解微电网的多目标优化配置问题。最后,以韶关地区某实际配电系统为例进行仿真验证,结果表明该模型不仅提高了微电网的鲁棒性,而且保证了配置方案的经济性及供电可靠性。     

微电网并联逆变器的模糊PI控制

以下垂控制法微电网逆变器为研究对象,对传统电压环采用的PI控制器进行了改进,提出了一种采用模糊PI控制器的电压环设计方案。模糊PI控制器结合了模糊控制技术和PI控制器的优点,使微电网逆变器并联系统的抗干扰能力和鲁棒性能得到显著提高。最后利用Matlab／Simulink进行仿真,仿真结果验证了所提出的模糊PI控制的正确性和有效性。     

电动汽车电驱动系统的EIMC及其鲁棒性研究

电动汽车电机驱动系统运行环境恶劣,控制系统模型复杂多变,为了提高控制系统适应模型失配的能力,通过对传统内模控制结构进行改进,引入一种增强型内模控制(EIMC)方法,使系统的鲁棒性得到增强。通过对灵敏度函数(SF)和补灵敏度函数(CSF)的分析,研究了系统的品质鲁棒性(QR)和鲁棒稳定性(RS)。研究结果表明,通过调整滤波器参数可以使系统同时具有较强的鲁棒稳定性和较好的品质鲁棒性。为了增强电动汽车控制系统的鲁棒性,将EIMC方法应用于以永磁无刷直流电机(PMBLDCM)为动力的电动汽车控制系统的速度控制中。理论分析和仿真实验表明,在模型失配和负载扰动的情况下,EIMC可以使电动汽车控制系统具有较强的鲁棒稳定性和较好的品质鲁棒性。依据EIMC原理而设计的速度控制器,仅有一个调节参数,参数整定容易,易于工程应用。     

基于滑模观测器的LCL型并网逆变器鲁棒预测控制研究

针对常规LCL型并网逆变器的有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）参数鲁棒性差的问题,提出一种基于滑模观测器的LCL型并网逆变器鲁棒预测控制方法。首先,分析了参数变化对常规LCL型并网逆变器电网电流预测控制的影响;然后,根据超局部建模理论建立LCL型并网逆变器的一阶超局部模型,使用滑模观测器对系统的集总扰动进行估计,提高系统控制的动态性能,实现并网电流的鲁棒预测控制;最后,通过搭建Typhoon602+仿真器和PE-Expert4控制器实验平台验证了所提方法的有效性。     

三相逆变器采样模型重复控制研究

重复控制系统中补偿器的补偿精度与整体系统的动静态性能有直接关系,而补偿器的设计又完全依赖于控制对象的数学模型。为了提高补偿器的补偿精度,根据波形库控制技术提出基于控制对象单位阶跃响应波形的建模方法。由于典型响应曲线能够体现开关延时、测量延时、死区时间、非线性磁单元、杂散参数等因素对系统的影响,因此这种模型精度较高。在两相静止坐标系下对三相逆变器突加阶跃调制信号,采集在相同坐标系下的逆变器输出电压阶跃响应波形,基于此波形构建控制对象模型。相比于平均信号模型,应用该模型可以提高补偿器的截止频率和补偿精度,最终使整体系统的稳态性能得到改善。此方案在一台采用TMS320LF2407A型号数字信号处理器控制的三相逆变器上得到了验证。     

Robust decentralized frequency stabilizers design for SMES taking into consideration system uncertainties

This paper proposes a new robust decentralized design of frequency stabilizers installed with superconducting magnetic energy storages (SMESs) by taking system uncertainties into consideration. To stabilize system frequency oscillations due to large load disturbances, the active power controlled by SMES can be exploited. The multiplicative uncertainty which is used to represent system uncertainties such as variations of system parameters, system non-linearities etc., is incorporated in system modeling. As a result, the system robust stability can be easily guaranteed in terms of the multiplicative stability margin (MSM). The frequency stabilizer is practically based on a second-order lead/lag compensator. To improve MSM, control parameters of frequency stabilizers are automatically optimized by a micro genetic algorithm. Simulation studies exhibit the high robustness of frequency stabilizers against uncertainties. Moreover, small MW/MJ capacities of SMESs are required for frequency stabilization.     

弱电网下电压源型逆变器锁相环的改进

弱电网并网运行时会产生谐波干扰以及电网电压频率波动等问题,导致逆变器输出电流谐波失真。弱电网并网环境对锁相环(Phase Locked Loop, PLL)的性能提出了更高的要求。针对弱电网下并网逆变器的控制要求,在分析并网电压源型逆变器(Voltage Source Converter, VSC)控制模型基础上,提出一种弱电网下PLL的优化方案。该方案采用超前补偿器补偿平均滑动滤波器(Moving Average Filtering, MAF)的相位延迟以提高系统的动态响应;引入前馈频率估计环,提高系统在电网电压频率偏差较大时的锁相精度,仿真验证改进的PLL的有效性。建立并网VSC系统实验平台对文中所述改进方法进行验证。实验结果表明,经PLL改进后的VSC系统在弱电网条件下具有良好的鲁棒性,逆变器入网电能质量得到了保证。     

SVC与HVDC非线性协调滑模变结构控制的研究

针对逆变站消耗的无功功率与电压稳定之间的矛盾,采用静止无功补偿器（SVC）对直流逆变站进行无功补偿,从而在改善系统的稳定性的同时,使逆变侧电压更具稳定性。通过建立含有直流功率调制和静止无功补偿器的系统状态方程,并运用非线性系统理论以及变结构控制理论,设计出了直流与静止无功补偿器的非线性协调控制规律。最后对系统进行仿真,其结果表明该控制规律能有效地提高系统的暂态稳定性,并能进一步改善交流系统的电压,达到良好的控制效果。     

基于扰动观测器的电压源型逆变器控制

基于扰动观测器(DOB)的原理,结合PWM电压源型逆变器受控对象的特点,为逆变器提出了一种新的控制策略,并设计了相应的附加型扰动观测器。将附加型扰动观测器作为补偿器添加到传统的双环反馈控制系统中,提高了逆变器输出的抗干扰性能和动态响应速度。这种附加型扰动观测器结构简单、实现时所需计算量小且不需要增加新的采样信号,适合工程应用。在基于DSP MC56F8323的PWM逆变器系统中对新的控制系统和传统的控制系统进行比较,该附加型扰动观测器的有效性和实用性得到了验证。     

一种基于内模控制的光伏逆变器功率控制策略

为改善微电网电能质量,解决微电网独立控制有功和无功控制问题,分析了两电平三相三线制电压源逆变器的控制方案,建立数学模型,运用瞬时功率理论推导出参考电流计算公式,提出由内外两层组成的串级控制策略。内层控制器采用内模一阶过程控制技术调节q轴和d轴的交流电流实现电流控制,外层控制器采用内模二阶过程的前馈控制策略实现直流母线电压控制。通过仿真验证,该控制策略可以有效的进行微电网逆变器有功和无功控制,实现逆变器跟随电网电压跌落自动调节直流侧电压功能,为改善微电网电能质量控制研究提供了一种新方法。     

基于模型预测的微电源逆变器控制

微电源逆变器的传统控制方法具有设计复杂、鲁棒性低等缺点,为了提高微电源逆变器的快速准确响应,提出将模型预测控制(model predictive control,MPC)引入逆变器。根据逆变器并网孤岛状态运行需求,设计了模型预测PQ控制方案和基于下垂特性的U/f模型预测控制方案,通过LC滤波器中电感和电容建立微分方程,推导出相应的数学预测模型,在并网运行时,控制逆变器输出电流跟踪由功率指令生成的参考电流;在孤岛运行时,控制逆变器跟踪功率控制器生成参考电压和频率。仿真表明,2种控制方案都实现了有效跟踪,并且相比于传统PI控制,系统响应速度快、超调小控制精度高。仿真证明了控制策略的可行性,使逆变系统达到了良好的控制效果。     

良好非线性模型辨识及其内模控制

针对良好非线性模型及其线性化补偿器模型难以建立的问题,结合神经网络的万能逼近性,提出一种模型辨识和内模控制方法。通过建立系统整体的目标函数,利用传统的BP学习算法,通过优化该目标函数得到良好非线性模型及其线性化补偿器,并给出在适当约束条件下的良好非线性模型及其线性化补偿器惟一性的证明。为提高系统鲁棒性,减小模型误差和外部扰动等不确定性,针对补偿后的伪线性系统设计非线性内模控制系统。仿真结果表明,通过优化该目标函数可以得到精确的的辨识模型和线性化补偿器,能有效地对良好非线性模型实现线性化;对补偿后的伪线性系统设计的内模控制器具有较强的鲁棒性,控制系统能精确地跟踪参考信号。     

LCL并网逆变器改进加权电流控制方法及其鲁棒性分析

加权电流控制方法可以使LCL并网逆变器控制系统降阶,从而提高控制系统的稳定性与带宽。但该方法不能抑制并网逆变器输出电流谐振峰,同时当滤波器电感参数偏移时,还可能造成不稳定现象。本文针对该问题,在不增加额外传感器的前提下,推演出附加不同电流反馈的改进加权电流控制方法,并进行对比择优,从而得出谐振抑制效果理想且稳态误差较小的改进方法;该方法在保持加权电流降阶特性的前提下,抑制了输出电流谐振峰,提高了整个控制算法的鲁棒性。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

三相LCL并网逆变器无参数滑模预测控制策略

常规三相LCL并网逆变器模型预测电流控制方法存在计算量大、参数鲁棒性差等缺点。为了解决这些问题,提出了一种三相LCL并网逆变器无参数滑模预测电流控制方法。该方法利用滑模控制理论,建立了一种新型无参数电流控制价值函数,无需采用模型参数即可实现并网电流预测控制,从而简化了控制系统的预测过程。此外,该方法省去了逆变器侧电流传感器和电容电压传感器,节约了硬件成本,提高了系统运行可靠性。最后,根据常规模型预测电流控制和滑模预测电流控制的优点,提出了一种三相并网逆变器自适应预测控制方法,提高了并网逆变器控制对模型参数失准的适应能力。实验结果表明,在系统参数失准的情况下,所提出的控制策略具有更小的并网电流控制误差,有效地提高了系统参数鲁棒性。