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微电网是由多种分布式发电源、储能装置、负荷和保护装置等共同构成的供配电网络,可有效提高新能源利用率,且具备可控性强、系统稳定性高等特点。随着微电网的发展,其中的电能质量问题的控制与治理也愈发重要。
当微电网运行在各种工况下时,可能出现电压偏差、三相不平衡、谐波等电能质量问题。在实际运行过程中,可以采用类似于配电网中的电能质量治理方法,则需要增加额外治理设备调节微电网内部电能质量。虽然效果明显,但是需要额外设备与维护,经济成本高,且只能治理特定节点的电能质量问题。本文基于模型参考自适应控制方法,提出了孤岛微电网电压型逆变器自适应控制策略,通过优化微电网内部逆变器控制算法,使其在微电网多种工况下保持良好的控制性能,从而维持微电网的电压质量。
首先,建立了电压型逆变器在下垂控制下的等效模型。设计了微电网电压型逆变器虚拟阻抗环,同时,提出了分序自适应虚拟阻抗控制策略解决了并联逆变器系统运行时所产生的电压偏差问题,同时逆变器功率均分性能得到了改善。
然后,建立了微电网电压型逆变器的参考模型。在基于MIT局部最优模型参考自适应控制策略中,通过检测异常电压,将其输入到模型参考自适应控制环路中,可以计算出反馈电压和输出电压之间的广义误差,并将其发送到自适应机制,从而可以动态调整虚拟电阻,分别完成系统中工频电压和各频段谐波电压补偿的目标。该控制策略解决了微电网逆变器中的电压偏差和谐波问题,一定程度上保证了电能质量。但是,MIT的模型参考自适应控制策略没有将系统稳定性的问题考虑在内,且处理电能质量问题种类较有限。
再者,针对上述不足,本文提出了基于李雅普诺夫第二法的模型参考自适应的综合治理控制方法。该控制方法通过构建李雅普诺夫自适应控制器,对电压幅值偏差频率偏差、三相不平衡电压以及谐波同时进行补偿,较好地解决了微电网在多种工况下运行时所出现的电能质量问题。同时,基于李雅普诺夫稳定性理论,分析了李雅普诺夫意义下各稳定状态的等价条件,通过绘制系统空间轨迹图的形式,完成了系统稳定性分析与判定,以验证所设控制器参数对于系统的稳定性。但是基于李雅普诺夫第二法的控制策略设计中,V函数的选取是一难点,更多依赖于设计者的经验。
最后在上述内容的基础上,利用波波夫超稳定性理论推导自适应率,设计Popov控制器,使逆变器实际输出电压跟随参考电压,减少误差。在微电网逆变器系统运行过程中,Popov控制器实时对微电网中的电能质量问题产生响应,及时、稳定、精准地对逆变器系统进行控制,保证了微电网较好的电能质量。基于波波夫超稳定性理论设计的模型参考自适应控制,能够有效改善自适应系统参数调整缓慢的问题。Popov控制策略一方面可以保证控制系统全局稳定,另一方面其自适应律推导和控制器设计都有规范的流程,以获得一组系统性的自适应系统的设计方案,设计过程普适性较强。
本文基于微电网仿真平台,以电压型逆变器为实验对象,逆变器运行在传统控制策略和自适应控制策略下进行对比实验。通过在电压型逆变器运行过程当中,在负载侧投切阻感性负载、三相不平衡负载、非线性负载时,观察所提出自适应控制策略的有效性。仿真结果表明,所设计的电压型逆变器自适应控制系统具有较好的抗干扰性和稳定性,能够针对多类型负载投切时所产生的电压偏差、三相不平衡、谐波污染等电能质量问题,实现快速、有效的治理,保证了系统电能质量的良好和系统的稳定运行。
当微电网运行在各种工况下时,可能出现电压偏差、三相不平衡、谐波等电能质量问题。在实际运行过程中,可以采用类似于配电网中的电能质量治理方法,则需要增加额外治理设备调节微电网内部电能质量。虽然效果明显,但是需要额外设备与维护,经济成本高,且只能治理特定节点的电能质量问题。本文基于模型参考自适应控制方法,提出了孤岛微电网电压型逆变器自适应控制策略,通过优化微电网内部逆变器控制算法,使其在微电网多种工况下保持良好的控制性能,从而维持微电网的电压质量。
首先,建立了电压型逆变器在下垂控制下的等效模型。设计了微电网电压型逆变器虚拟阻抗环,同时,提出了分序自适应虚拟阻抗控制策略解决了并联逆变器系统运行时所产生的电压偏差问题,同时逆变器功率均分性能得到了改善。
然后,建立了微电网电压型逆变器的参考模型。在基于MIT局部最优模型参考自适应控制策略中,通过检测异常电压,将其输入到模型参考自适应控制环路中,可以计算出反馈电压和输出电压之间的广义误差,并将其发送到自适应机制,从而可以动态调整虚拟电阻,分别完成系统中工频电压和各频段谐波电压补偿的目标。该控制策略解决了微电网逆变器中的电压偏差和谐波问题,一定程度上保证了电能质量。但是,MIT的模型参考自适应控制策略没有将系统稳定性的问题考虑在内,且处理电能质量问题种类较有限。
再者,针对上述不足,本文提出了基于李雅普诺夫第二法的模型参考自适应的综合治理控制方法。该控制方法通过构建李雅普诺夫自适应控制器,对电压幅值偏差频率偏差、三相不平衡电压以及谐波同时进行补偿,较好地解决了微电网在多种工况下运行时所出现的电能质量问题。同时,基于李雅普诺夫稳定性理论,分析了李雅普诺夫意义下各稳定状态的等价条件,通过绘制系统空间轨迹图的形式,完成了系统稳定性分析与判定,以验证所设控制器参数对于系统的稳定性。但是基于李雅普诺夫第二法的控制策略设计中,V函数的选取是一难点,更多依赖于设计者的经验。
最后在上述内容的基础上,利用波波夫超稳定性理论推导自适应率,设计Popov控制器,使逆变器实际输出电压跟随参考电压,减少误差。在微电网逆变器系统运行过程中,Popov控制器实时对微电网中的电能质量问题产生响应,及时、稳定、精准地对逆变器系统进行控制,保证了微电网较好的电能质量。基于波波夫超稳定性理论设计的模型参考自适应控制,能够有效改善自适应系统参数调整缓慢的问题。Popov控制策略一方面可以保证控制系统全局稳定,另一方面其自适应律推导和控制器设计都有规范的流程,以获得一组系统性的自适应系统的设计方案,设计过程普适性较强。
本文基于微电网仿真平台,以电压型逆变器为实验对象,逆变器运行在传统控制策略和自适应控制策略下进行对比实验。通过在电压型逆变器运行过程当中,在负载侧投切阻感性负载、三相不平衡负载、非线性负载时,观察所提出自适应控制策略的有效性。仿真结果表明,所设计的电压型逆变器自适应控制系统具有较好的抗干扰性和稳定性,能够针对多类型负载投切时所产生的电压偏差、三相不平衡、谐波污染等电能质量问题,实现快速、有效的治理,保证了系统电能质量的良好和系统的稳定运行。