基于状态观测器的单相并网逆变器复合控制

针对光伏并网逆变器的特定次谐波抑制与控制延时补偿,提出了一种基于状态观测器的准比例谐振（Quasi-proportional Resonant, Quasi-PR）控制加重复控制（Repetitive Control, RC）的复合控制策略。其中,准PR控制器用于实现对并网电流基频分量的无静差控制,重复控制器用于抑制特定次谐波分量;同时,考虑到系统的控制延时,采用状态观测器进行延时估计,并基于状态观测器设计了合适的延时补偿环节;此外,针对LCL的谐振尖峰,进行基于电容电流反馈的有源阻尼。最后通过仿真与实验,验证所提复合控制策略的可行性与有效性。     

基于状态观测器的LCL滤波器型并网逆变器状态反馈最优化设计

LCL滤波器对开关纹波有更好的抑制效果。但由于是三阶系统,传统的控制方法很难对其产生的谐振峰进行抑制。本文在建立改进型离散状态空间方程和改进型观测器的基础上,利用观测值反馈,通过极点配置实现了整个系统的最佳阻尼,在不增加传感器数量的同时明显改善了系统的动态响应。在理论上分析了闭环极点对状态观测器极点配置的影响、状态观测值反馈的稳定范围以及系统参数变化对稳定性的影响。最后在10kW并网逆变器样机上证实了所提出的方案对系统动态和稳态效果的改善,验证了所提出方案的可行性和可靠性。     

基于扩张状态观测器的牵引逆变器中点平衡控制策略

针对中点箝位型三电平牵引逆变器由于自身拓扑主电路结构而存在的中点电位不平衡问题,对其中点电位平衡的优化控制策略进行了研究。在三电平逆变器旋转坐标系电压电流双闭环控制的基础上,提出了一种基于扩张状态观测器的三电平逆变器中点电位平衡控制策略。基于等效电路模型建立中点电位的一阶数学模型,采用二阶非线性扩张状态观测器实现中点电位扰动的实时估计,之后利用PI控制器实现中点电位波动的补偿,对逆变器电压外环控制策略进行了优化,最后在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真建模。仿真结果表明优化控制策略具有较好的中点电位平衡能力。     

基于降阶线性扩张状态观测器的风电并网逆变器线性自抗扰控制*

针对风电并网逆变器直流母线电压易受电网电压波动和负载扰动影响的问题,文中提出了一种电压外环改进型线性自抗扰控制(LADRC)。首先建立了风电并网逆变器在d-q旋转坐标系下的数学模型,在此基础上,设计了基于降阶线性扩张状态观测器的线性自抗扰控制,减小了观测器的相位滞后,提高了系统的扰动观测精度;然后在观测器总扰动通道上增加了一个超前滞后的校正环节以减弱观测器的噪声放大效应;最后对改进型LADRC控制策略进行了频域特性分析。仿真结果表明,相比于传统LADRC控制策略,文中所提的控制策略对并网逆变器直流母线电压具有更好的控制效果。     

改进虚拟磁链观测器的并网逆变器控制策略

为了改进并网逆变器运行的可靠性,提出一种锁相环和改进虚拟电网磁链估算相结合的并网控制策略。该方法是在低通滤波器取代纯积分器的基础上,采用两个不同截止频率和比例系数的低通滤波器,构造磁链观测器,结合锁相环以提高虚拟磁链定向的准确度,有效抑制电网谐波干扰。分析了三相并网逆变器基于同步旋转坐标系的数学模型,建立锁相环和虚拟电网磁链相结合进行定向的矢量控制系统。仿真实验结果表明,逆变器可输出正弦度良好的逆变电流,提高了逆变器的工作稳定性,从而验证了该方案的可行性和正确性。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机二自由度PI控制

针对永磁同步电机(PMSM)系统速度环采用传统的PI控制时,无法兼顾转速超调量与响应快速性要求的问题,提出采用二自由度(2-DOF)PI控制策略设计速度环控制器。同时,为减小负载转矩、电机参数变化等扰动因素的影响,将其作为总扰动,利用扩张状态观测器(ESO)进行观测,并基于观测值进行前馈补偿。仿真结果表明,采用所设计的2-DOF PI控制,可以有效减小转速的超调量,提高转速的跟随性能和系统的抗扰动性能。采用基于ESO的2-DOF PI控制,进一步提高了系统的抗负载扰动性能,同时可以实现转速的快速响应和无超调控制。所提控制策略的正确性和有效性得到了验证。     

利用扩张状态观测器的交流永磁同步电机控制

为了提高交流永磁同步电机控制系统的控制品质,保证系统在内外各种扰动的影响下仍能保持快速、无超调、高精度的控制品质,提出了一种改进的控制方式。首先,根据电机模型的特点,分析了影响系统控制品质的因素,包括电流环的动态耦合、速度环的未知扰动等。然后,在介绍扩张状态观测器的原理及功能的基础上,设计了三个扩张状态观测器分别估计速度环和电流环的总扰动,进而设计出具有扰动前馈补偿和误差反馈律相结合的复合控制器。最后仿真和实验均证明了改进的控制策略的有效性。实验结果表明,使用同一组控制器参数,改进的控制策略能够同时实现高低速的高品质动态响应。设定速度为600 r/min时,与传统PI控制器相比,调节时间从0.54 s缩短为0.09 s,速度稳态误差RMS值从2.2 r/min降为1.6 r/min;设定速度为0.01 r/min时,改进的控制策略仍能够保持电机平稳运行,且位置误差在±1码。该控制策略能够满足交流永磁同步电机高精度控制的要求。     

基于扩张状态观测器的电力系统强迫扰动监测

提出将扩张状态观测器(extended state observer,ESO)应用于电力系统强迫扰动估计问题。将电力系统的强迫扰动量扩张成新的一阶状态量,与原系统方程一起组合成新的增广系统,以此来建立扩张状态观测器,在PSCAD里搭建观测器仿真模型,通过选择合适的观测器参数,对单机无穷大系统原动机功率扰动进行仿真分析,结果表明该观测器对系统的状态和扰动量可进行准确的估计,从而验证了该方法的有效性。并在此基础上,研究了正弦波和脉冲波2种扰动形式对系统稳定性的影响,结果表明在相同幅值和频率的情况下,正弦波更易引起系统的不稳定。     

基于滤波函数的风电并网逆变器改进线性自抗扰控制

针对风电系统中并网逆变器直流母线电压量测环节易受噪声污染等问题,文中将线性自抗扰控制与滤波器相结合,构造一种基于滤波函数的改进型线性自抗扰控制技术。首先构造了风电并网逆变器数学模型,并对传统线性自抗扰控制进行分析。为了提高线性自抗扰控制对高频噪声的抑制力,文中将滤波后的电压扩张成一个新的状态变量,利用线性扩张状态观测器估计滤波之后的电压值,并将其作为反馈。然后在考虑系统输出含有噪声的前提下,对改进型线性自抗扰控制进行频域特性分析,结果表明改进的控制策略具有更好的抑制噪声能力。最后通过风电系统并网逆变器仿真平台的搭建,验证了控制策略的可行性和有效性。     

基于状态观测器的逆变器数字双环控制技术研究

该文首先比较了逆变器模型与直流电机模型的相似性，提出逆变器的控制可以借鉴直流电机的双闭环控制方法。然后针对输出电压的交叉反馈作用，采用了控制对象的解耦，消除了输出电压对内环的影响，简化了问题。数字控制具有很多优点，但是它引入的采样延时和计算延时对系统的性能影响很大。为了提高控制的实时性和鲁棒性，建立了基于改进z变换的状态观测器和扰动观测器，合理设计其极点，可以得到无差拍观测器，并在此基础上实现内环电容电流的无差拍控制。考虑内环的快速性，外环可以采用简单的比例调节器，从而整个数字双环控制系统的设计非常简单。最后，实验证明这种方法可以保证良好静态和动态性能，在非线性负载下，也能得到良好的输出电压波形。     

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。     

基于线性扩张状态观测器的永磁同步电机状态估计与性能分析

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制中的扰动抑制问题,采用多变量的线性扩张状态观测器(LESO),在估计系统状态、负载扰动及不确定性的同时,基于频域法,在参数选取的全范围区间内,系统分析LESO参数选取对估计的收敛性、快速性以及对干扰和测量噪声的鲁棒性影响,给出针对PMSM的LESO参数整定步骤。与已有方法相比,拓宽了LESO参数选取的范围,提高了LESO对PMSM状态的观测效果,进而为改善其控制品质奠定了良好的基础,结果具有理论价值和工程实践指导意义。仿真和实验结果验证了结论的有效性。     

基于改进载波调制算法三电平并网逆变器研究

针对传统载波调制实现比较复杂的缺点,提出了一种改进的单载波调制方法,它利用一个载波与一个调制信号进行比较,并结合脉冲发生和分配原则,使软件实现变得更容易。详细分析了其原理,并在Matlab中建立了仿真模型,最后搭建实验平台进行验证。仿真和实验结果证明了所提出的单载波调制方法和并网逆变器控制策略的可行性和中点平衡控制的有效性。     

基于扩张状态观测器的SVC非线性变结构控制

针对电力系统的强非线性和不确定性,将自抗扰控制技术引入变结构控制器的设计,设计了能同时改善电力系统功角稳定和装设点电压动态特性的静止无功补偿(SVC)控制器,所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关。仿真结果表明所提出的非线性变结构SVC控制器能有效地改善系统的动态稳定性。     

带状态观测器的逆变器增广状态反馈控制和重复控制

提出了一种带状态观测器的逆变器增广状态反馈控制和重复控制技术.在分析了单相逆变器的连续时间和离散时间模型之后,详细介绍了逆变器的增广状态反馈控制的原理和设计方法.为了减少检测装置和提高数字控制系统的性能,设计了基于电容电压和电容电流的状态观测器.最后简单介绍了逆变器的重复控制技术,并且设计了带状态观测器的逆变器增广状态反馈极点配置和重复控制复合控制系统.实验结果验证了应用该控制方法的逆变器能够得到良好的稳、动态性能.     

带阻抗观测器的单相逆变器抗扰控制

针对以单相逆变器为功率接口的太阳能发电系统中电能的快速随机波动和非线性负载接入时产生的谐波问题,提出一种基于阻抗观测器的抗扰控制策略。该策略主要把造成逆变器输出电压的波动和产生的谐波等随机量作为一种干扰,将谐波的影响、温度变化的影响、线路和滤波器的阻抗参数变化等引起的电压变化量等效为阻抗上的电压降。通过构造的阻抗观测器来估算出产生压降的等效电阻、等效电感和等效电容,然后应用抗扰控制器来消除干扰,自动补偿输出电压变化,使逆变器输出标准正弦波,提高电能质量。仿真和实验结果表明,不论是逆变器直流侧电压波动,还是非线性负载的接入,逆变器都能够输出标准电压正弦波。     

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。     

基于滑模观测器的并网逆变器无交流电压传感器模型预测控制

为了提高并网逆变器的运行可靠性,降低交流电压传感器故障的影响,研究并提出了一种基于滑模观测器和双低通滤波器的电网电压频率自适应观测方法,并设计了一种基于电网电压观测值的并网逆变器模型预测电流控制策略。所提电网电压观测方法克服了频率偏差对电网电压观测的影响,提高了电网电压观测精度。同时,由于低通滤波器的使用,电网电压背景谐波对电流控制的影响也得到一定程度的抑制。通过详细的对比实验结果验证了所提方法的有效性。     

一种改进线性扩张状态观测器的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法研究

针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer, e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的级联无刷双馈电机并网同步和发电鲁棒预测电流控制

级联无刷双馈电机无需电刷和集电环,具有电流谐波小、维护成本低等优点,在风力发电等领域具有广阔的应用前景。目前,级联无刷双馈电机常用的控制方法有矢量控制和无差拍控制,当控制器中使用的电机参数由于温度、饱和等因素与实际值不同时,控制效果均有不同程度的恶化。为了克服这一问题,该文提出一种基于扩张状态观测器的级联无刷双馈电机鲁棒预测电流控制方法,同时适用于并网同步和发电过程。该方法基于超局部模型使用扩张状态观测器来估计系统的动态部分和总扰动,并进一步结合无差拍控制,实现控制绕组电流的快速准确控制。与传统的矢量控制和无差拍控制进行了比较,实验结果表明,该方法不仅在电机参数准确时有良好的稳态和动态性能,在电机参数变化时同样能保持较好的控制效果,具有较强的参数鲁棒性。