基于自抗扰解耦控制的储能变流器稳定性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wcj_lp
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课题在新能源发电技术及储能技术广泛应用的大背景下,对并网工作模式下储能变流器(Power Converter System,PCS)的稳定性展开深入研究。针对弱电网、谐波电网这些外部扰动以及内部扰动对储能PCS稳定运行带来的影响,本课题基于阻抗建模分析方法,从优化系统参数、改进控制策略等方面为提升储能PCS的稳定运行能力提供分析与解决思路,促进储能技术应用比例的提升。主要研究内容如下:基于储能PCS工作原理进行建模,确定并分析影响其稳定性的内部扰动和外部扰动。使用线性自抗扰控制器(Liner Active Disturbances Rejection Control,LADRC)实现电流内环解耦(Current Decoupling,CD)控制,消除内部耦合通道扰动的影响。通过与PI-CD控制策略的对比,LADRC-CD控制策略不仅使用更少的采样传感器,还具有扰动观测和补偿能力,使储能PCS在外部扰动影响下具有较高的稳定性。针对滤波器参数选择不合理会影响储能PCS滤波性能以及稳定性的问题,本课题使用一种基于人工蜂群算法的帕累托(Artificial Bee Colony-Pareto,ABC-Pareto)多目标优化算法,优化LCL型滤波器参数,提升储能PCS在动态响应、高频谐波电流衰减等方面的性能。获得的最优参数群,为提升储能PCS在弱电网下的稳定性提供了多种选择性。dq坐标系下,仅考虑电流内环,推导基于LADRC-CD控制策略的储能PCS输出阻抗模型,通过绘制Bode图等方式与PI-CD控制策略进行比较。LADRC-CD控制策略通过引入一个电网阻抗的补偿因子来提升储能PCS在弱电网下运行的稳定性。利用弱电网下系统稳定裕度对控制参数不敏感的特点,通过合理调节控制参数来提高储能PCS的动态响应速度以及对含较低频率电压谐波电网的鲁棒性。针对线性扩张状态观测器输出观测量中易出现高频噪声的问题,本课题引入前置低通滤波器对传统状态观测器进行改进,优化观测性能。在此基础上,将观测量作为前馈量,实现基于LADRC-CD控制策略的阻抗重塑控制。进一步提升储能PCS在弱电网下的稳定裕度以及对低频谐波电网的鲁棒性。通过全文理论分析,总结规律得出一套较合理的控制参数整定方法,便于仿真与实验调试。在MATLAB/Simulink软件中搭建储能PCS电路模型,实现基本的电池充、放电功能运行和电流解耦控制策略的调试,获取各种工况下的仿真波形并进行分析。在实验室搭建储能PCS实验平台,获取的实验结果与仿真结果以及理论分析吻合,证明了LADRC-CD控制策略在维持与提升储能PCS稳定性方面的优势。
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