基于强化Q学习的LCL型并网三相逆变器的H∞电流控制

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并网逆变器是光伏、风能等新能源发电单元向电网输送电能的关键装置,其电流控制技术因为可以同时控制逆变器输出的谐波含量和功率因数而获得了广泛的关注。本文以分布式发电系统为背景,LCL型并网三相逆变器为对象,以提高并网三相逆变器的并网电流质量为控制目标,利用H∞控制理论和强化Q学习算法对逆变器电流控制问题中的输出反馈、电网电压扰动、逆变器电路模型不确定等控制问题进行了研究并提出了相应的电流控制策略和实现方案。针对电路参数已知,系统数学模型可以获取的逆变器电流最优控制问题,提出了一种基于求解折扣的博弈代数黎卡提(Game Algebraic Riccati Equation,GARE)的H∞输出反馈电流控制策略。根据H∞控制理论,建立了被控增广系统的折扣的GARE,通过求解折扣的GARE可以得到H∞状态反馈控制律。利用状态重构技术,通过测量的历史数据对系统全状态进行估计,将状态反馈控制改进为输出反馈控制。仿真结果显示该控制策略在在参数准确的前提条件下能有有效地实现并网电流对参考电流的跟踪,并且系统具备较好的抗电网扰动的性能。针对电路参数不确定的逆变器电流最优控制问题,提出了一种基于强化Q学习算法的H∞输出反馈电流控制策略。利用强化Q学习算法,通过采集系统的输入和输出数据对Bellman方程逼近求解,以迭代学习的方式获取最优控制输入,提出了基于强化Q学习算法的H∞输出反馈电流控制策略的on-policy版本和off-policy版本。仿真结果表明该控制策略可以有效提高逆变系统对较大范围参数摄动的鲁棒性能。针对弱电网环境下逆变器的电流控制问题,结合所提的两种电流控制策略,提出了一种弱电网环境下LCL型并网三相逆变器的电流控制器的实现方案。在此基础上设计并搭建了LCL型并网三相逆变器实验平台,利用与传统控制方法—PI控制的对比实验,验证了所提出的电流控制器在电路参数在较大范围变化时和电网电压出现非理想扰动时两种情况下的有效性。综上所述,本文针对LCL并网三相逆变器的电流控制问题,提出了基于求解GARE的H∞电流输出反馈算法和基于强化Q学习的H∞电流输出反馈算法以及一种弱电网下的并网电流控制器实现方案。LCL并网三相逆变器的仿真和实验结果验证了所提控制算法和控制器的有效性。
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