光伏并网逆变器直流母线电压的自抗扰控制研究

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在常用的两级式光伏并网系统中,逆变器作为硬件电路与电网之间的桥梁,其控制性能的优劣直接关系到系统的发电效率和稳定运行。逆变器不仅负责调节和保护网侧电流,还应保证连接前后级的直流母线电压具备一定的强抗扰性。如果未能正确控制直流母线电压,会严重影响系统的可靠性,甚至触发相关的保护设备。因此,逆变器直流母线电压的鲁棒控制一直受到广泛学者的关注。考虑到并网系统运行条件的不确定性以及电力电子器件内部含有多种扰动,本文将线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)设计在逆变器外环控制中,以提升直流母线电压对扰动的耐受性。主要工作如下:(1)通过分析两级式光伏并网系统拓扑结构,建立了并网逆变器的状态空间数学模型,并通过电网电压定向矢量控制说明了并网功率的调节原理。此外,依据直流环节两侧功率平衡关系描述了直流母线电压存在的波动问题,并对传统电压电流双闭环控制及其参数配置进行了详细阐述。(2)分析了LADRC的结构组成和控制作用,通过探索控制系统“带宽”的物理意义,给出了LADRC的参数整定方法。针对LADRC的数学表达式,从等效方框图的角度探讨了其与PID控制之间的对应关系,在理论上证明了LADRC相对于PID控制的优势,并构建仿真模型加以验证。(3)为进一步提升直流母线电压的控制性能,在电压外环构思了一种改进型自抗扰控制方案,采用级联扩张状态观测器来补充传统方法下未估计的剩余扰动动态,进而提升了扰动补偿的精度。在理论上分析了所提方法的扰动抑制性能,并通过李纳德-戚帕特稳定判据测试了其稳定性。最后,仿真结果表明所提控制方法能够在各种工况下更好地稳定直流母线电压,减小暂态波动,保证光伏并网系统稳定运行。
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