基于扰动观测器的光伏逆变器鲁棒分数阶PID控制

文中设计了一款基于扰动观测器的鲁棒分数阶PID控制(Perturbation Observer based Robust Fractional-order PID control,PORF-PID)来实现光伏逆变器的最大功率跟踪。将光伏逆变器的非线性、参数不确定性以及未建模动态聚合成一个扰动,并通过滑模扰动观测器(Sliding-Mode Perturbation Observer,SMPO)对其进行在线估计。随后,采用分数阶PID控制(Fractional-order PID control,FPID)对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下全局一致的控制性能。由于引入了分数阶控制框架,额外的控制器参数可进一步提高闭环系统的动态响应特性。为验证所提控制器的有效性,文中进行了两种算例研究,即光照强度变化和电网电压跌落。仿真结果表明,PORFPID控制与常规PID控制、FPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control,FLC)相比,能在各类工况下实现最快的动态响应以及最低的超调量。     

Z源逆变器光伏并网控制策略研究

Z源变换器因其具有的诸多优点,成为当今研究的热点.首先对基于Z源变换器光伏并网发电系统的工作原理进行了分析,建立了平均状态模型;在此基础上设计了相应的控制器,其特点为:针对系统各部分时域响应特点实现了系统解耦控制,实现了最大功率跟踪与同步并网的要求;采用新的Z源升压控制方案,以适应光伏电池输入电压变化范围较大的特点;采用新型功率扰动的最大功率跟踪方案,保证了并网电流的稳定性.实验仿真证明了控制器的有效性.     

基于分数阶极值搜索的光伏最大功率跟踪控制

针对光伏阵列获取最大功率点过程动态响应速度和稳态跟踪精度二者之间不能达到平衡的问题,提出一种基于分数阶极值搜索控制(FO-ESC)的光伏阵列最大化功率点跟踪方法。该方法主要利用分数阶理论提高极值搜索过程的收敛速度和鲁棒性;与整数阶极值搜索控制(IO-ESC)相比,其降低了算法的复杂性。为了验证所提方法的有效性,在Matalb/Simulink中搭建仿真模型进行仿真分析。结果表明,所提方法与IO-ESC相比具有更快的收敛速度和鲁棒性,能够应用于光伏发电工程。     

基于DSP的单相光伏并网逆变器的设计

根据光伏电池的输出特性设计了一款适用于并网的新型逆变器.该逆变器采用DSP作为核心处理器,在同一块芯片中完成了逆变和最大功率算法的计算,输出端采用Lc滤波器滤波.经样机实验证明该逆变器输出波形失真度小,频率幅值特性达到并网要求.     

Z-源逆变器在光伏发电系统中的应用

Z-源逆变器由于采用独特的X型Z-源网络,可以利用逆变器桥臂直通状态实现升压功能,从而使单级Z-源逆变器具有与两级并网系统相类似的性能。该文论述基于Z-源逆变器的光伏并网系统在变换效率、可靠性以及成本方面的优势,提出了一种新的单级Z-源逆变器并网系统两级控制策略, 该控制策略实现了MPPT控制和逆变器并网控制,使Z-源光伏并网系统能够动态跟踪光伏电池最大功率点电压,输出电流与电网电压同相位,从而达到较高的功率因数。软件仿真和实验分析证明了该控制方法具有优良的动、静态特性,适合各种变化的天气情况。     

三相光伏并网逆变器的研究

介绍了单级式三相光伏系统拓扑结构.基于光伏电池数学模型,利用Matlab建立了太阳能光伏阵列通用的仿真模型,并将此电池模型用在三相光伏并网逆变仿真系统中.系统具有最大功率点跟踪(MPPT)功能,能很好地实现光伏发电系统最佳工作点跟踪.最后通过仿真和实验分析表明该控制策略正确可行.     

30kW光伏并网逆变器研究

光伏并网发电是太阳能发展的必然趋势,而光伏并网发电系统的核心是并网逆变器。对光伏并网逆变器的工作原理进行了分析,并搭建了光伏并网逆变器的数学模型。提出采用电流内环和电压外环的双闭环控制策略,在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了30 kW光伏并网逆变器的仿真模型。仿真结果表明,该模型能够快速准确地实现最大功率跟踪并且能够实现单位功率因数并网。     

单相非隔离型并网光伏逆变器研制

针对输入宽范围光伏电池电压,提出了一个采用准两级式主电路拓扑和双CPU控制的单相非隔离并网逆变器系统方案,并建立基于Simulink的光伏发电系统仿真模型。其中,为满足宽电压范围光伏电池的最大功率跟踪MPPT,系统的MPPT放在单相逆变桥级实现。仿真和实验结果表明,样机性能指标优良,系统采用的改进变步长扰动观察法可以减小MPPT时的振荡,采用基于电感安匝特性曲线插值求电感的方法,可以有效满足无差拍并网电流控制对输出滤波电感模型精度要求较高的特点,克服粉芯类磁芯电感随电流变化大的缺点。     

光伏并网级联H桥逆变器的无源控制

光伏并网级联H桥逆变器是典型的多变量、强耦合的非线性系统。针对目前采用线性控制简化或忽略了系统非线性特性这一问题,采用了一种本质上的非线性无源控制方法。首先,建立了逆变单元及并网级联H桥逆变器的数学模型;其次,建立了系统Euler-Lagrange模型,并对其无源性进行了分析;最后,完成了无源控制律的设计与仿真分析,其结果表明该方法在光伏并网级联H桥逆变器中表现出良好的控制效果。     

基于无源性的光伏并网逆变器非线性电流控制策略

鉴于光伏并网逆变器的数学模型呈现非线性特性,采用无源控制（Passivity-Based Control,PBC）理论得出的算法对逆变器进行控制,可使并网逆变器具备优良的动、静态特性。论文首先建立了并网逆变器欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange,EL）数学模型,证明了逆变器是严格无源的。基于逆变器的无源性,控制...     

超级电容储能系统的无源分数阶滑模控制设计

设计了一款针对超级电容储能(SupercapacitorEnergyStorage,SCES)系统的无源分数阶滑模控制(Passive Fractional-Order Sliding-Mode Control,PFOSMC)。首先,基于SCES系统固有的物理特性,构建储能函数并对其进行分析。随后,保留系统阻尼有益项以改进其动态响应,同时完全补偿系统阻尼无益项以实现全局一致的控制性能。最后,设计分数阶滑模控制(Fractional-Order Sliding-Mode Control, FOSMC)作为附加控制输入,旨在重塑系统能量使闭环系统严格无源,并引入分数阶比例-微分(PDa)滑动平面以增强系统鲁棒性。仿真结果表明,PFOSMC的控制性能与PID控制、基于互联与阻尼配置的无源控制(Interconnection and Damping Assignment Passivity-Based Control, IDA-PBC)和FOSMC相比,其均可在各种工况下实现最好的动态响应和最高的鲁棒性。     

双馈感应电机最大功率跟踪鲁棒滑模控制设计

变速恒频风力发电技术已广泛用于实际风机中,其中一个经典问题即最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。针对双馈感应电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)设计了一款基于扰动观测器的滑模控制(Perturbation Observer Based Sliding-Mode Control,POSMC)来实现MPPT。所提控制器将扰动观测器和滑模控制(Sliding-Mode Control,SMC)相结合,从而大幅提高了DFIG的鲁棒性。首先,应用扰动观测器对系统扰动(发电机非线性、参数不确定和随机风速)进行在线估计。随后,通过SMC对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下的控制全局一致性以及各类不确定环境下的鲁棒控制。最后,POSMC无需精确的DFIG系统模型,仅需测量转子角速度和定子无功功率,易于实现。进行了三个算例研究,即阶跃风速、随机风速和发电机参数不确定性。仿真结果表明,与矢量控制(Vector Control,VC)、反馈线性控制(Feedback Linearization Control,FLC)和SMC相比,POSMC在各类工况下均可捕获最大的风能并具有最强的鲁棒性。     

光伏发电系统最大功率跟踪控制器设计

分析了光伏组件输出特性和传统最大功率跟踪方法优缺点,提出了变步长微量电导法。在Matlab/Simulink中,基于BUCK DC/DC变流器进行仿真实验;对比分析传统微量电导法和变步长微量电导法的仿真实验;仿真结果表明,光照强度和温度变化时,该方法能快速、准确地跟踪光伏组件输出的最大功率。基于TMS320F2812 DSP设计了最大功率跟踪控制器电路。     

基于分数阶滑模控制的直接矩阵变换器控制策略研究

直接矩阵变换器是一个无中间直流环节的AC-AC变换器,但是它和传统的间接矩阵变换器一样,在电网电压不平衡时其输出性能会下降。针对这一问题,提出了一种分数阶滑模控制以改善矩阵变换器的输出性能。首先,分析了矩阵变换器的拓扑结构和数学模型,得到了不平衡电网下的输出功率,并且根据输出功率表达式设计对应的输出补偿。其次,结合控制目标和直接矩阵变换器的数学模型设计出应用于不平衡电网的分数阶滑模控制器。所设计的控制器旨在实现恒定的有功功率,同时以单位功率因数输入。接着,结合输出补偿使输出的有功功率无脉动,同时无功功率能够跟踪参考信号。最后,在Matlab/Simulink和RT-LAB实验平台建立对应模型,验证该算法的有效性。实验结果表明,分数阶滑模控制在控制性能上要明显优于传统PI控制。     

单级式光伏并网逆变器的无电流检测MPPT方法

提出一种单级式光伏并网逆变器的无电流检测最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法。研究光伏组件、输入滤波电容和并网逆变器之间的能量耦合关系,通过使得连续两个并网功率周期的逆变器输出功率相等,通过计算输入滤波电容电压的变化值,获得光伏组件输出功率的变化方向,实现了无电流检测的MPPT。划分光伏组件的3种工作区域,详细分析系统在各工作区域的稳定性,并给出具体的扰动准则。搭建200W的实验样机,实验结果充分证明了提出的控制方法的可行性和有效性。     

永磁同步发电机自适应分数阶PID控制设计

设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。首先,将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态以及随机风速聚合成一个扰动,并通过高增益状态-扰动观测器(High-Gain State and Perturbation Observer, HGSPO)对其在线估计。随后,采用分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制对该扰动估计进行完全补偿,以实现不同工况下全局一致的鲁棒控制性能。AFOPID控制较传统PID控制而言具有更出色的MPPT性能,且其无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现。通过阶跃风速和随机风速两个算例,对AFOPID的控制性能与PID控制、FOPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control, FLC)进行了对比。仿真结果验证了AFOPID控制的有效性和鲁棒性。     

针对漂浮式光伏电站最大功率追踪的研究

设计了一种针对漂浮式光伏电站最大功率追踪的算法。当光照一定的情况下,浮体在海浪作用下摆动,可以等效为光伏电站在短时间内受到不均匀光照。通过对多浮体摆动情况下光伏电站受到不均匀光照的Simulink仿真,发现光伏电站的P-U特性曲线呈现出“曲线整体保持增长,存在局部峰值,达到全局峰值开始下降”的规律。在标准萤火虫算法基础上融合了最小惩罚法、联赛选择算子和变步长算法,对光伏阵列进行最大功率追踪。结果表明,改进萤火虫算法在快速准确地进行最大功率追踪的同时不会陷入局部最大值点。     

光伏发电最大功率点跟踪方法及控制研究

针对太阳能光伏电池板并网发电转化效率较低的问题,提出了一种最大功率跟踪方法,并设计相应的最大功率跟踪控制器。该方法能够根据电网电压的幅值和频率变化,计算得到最大功率点修正量,并与扰动观察法得到的最大功率点叠加,完成最大功率点的跟踪控制。通过仿真实验表明:改进的方法能够有效避免误判,跟踪时间较短,在最大功率点附近的震荡减小。与一般扰动观察最大功率跟踪方法相比,该方法能够减弱电网不稳定因素对最大功率点的影响,获得更加准确的最大功率跟踪轨迹,满足电网稳定运行的最佳功率点。     

基于扰动观测器的电力系统鲁棒滑模控制器设计

针对多机电力系统中的励磁系统,设计一种基于扰动观测器的滑模控制(Perturbation Observer based Sliding-mode Control, POSMC)以提高系统稳定性。首先,将系统的非线性、参数不确定性、未建模动态和外部时变扰动聚合为一个扰动,同时由一个滑模状态扰动观测器(Sliding-mode State and Perturbation Observer, SMSPO)对该扰动进行实时快速估计。随后,通过滑模控制器对该扰动估计进行在线完全补偿以实现全局一致的控制能力。POSMC具备结构简单、可靠性高、不依赖系统精确模型以及仅需测量发电机功角一个状态量等优点。最后,基于机械功率阶跃变化、三相短路以及发电机参数不确定性三个算例验证了POSMC的有效性和鲁棒性,其能在各种工况下实现最佳的动态性能,有利于电力系统发生故障后恢复稳定运行。