光伏并网逆变器非线性控制策略研究

【摘要】：光伏并网逆变器是光伏发电系统中的重要组成部分，光伏并网逆变器的性能优良与否直接影响到系统的性能。在拓扑结构一定的情况下，并网逆变器的性能取决于控制策略。多数光伏并网逆变器采用电压型PWM逆变器拓扑结构，此结构具有功率因数可控、网侧电流正弦化等优点。针对并网逆变器数学模型的非线性与无源性，为了提高控制器的控制精度，本文采用基于能量控制思想的非线性控制策略无源控制对系统进行控制，所设计的控制器可以控制能量在逆变器中的重新分布,并采用注入阻尼和系统解耦的方法对控制器进行了优化设计，最后所设计的控制器具有算法简单、可调参数少等优点。计算机仿真和实验室样机实验均表明基于无源性的光伏并网逆变器无源控制策略是可行的。 本文首先简要说明了课题的研究背景和意义，接着介绍了几种较为成熟的光伏并网逆变器的控制策略和本文要研究的无源控制策略。论文第二章陈述了电压型PWM光伏并网逆变器的拓扑结构、SVPWM调制原理和数学模型。第三章概述了系统的无源性概念，分析了EL模型与PCHD模型的无源性与稳定性。，第四章首先证明了光伏并网逆变器的无源性，然后对基于EL模型和PCHD模型的三相光伏并网逆变器控制策略作了研究。第五章对无源性的光伏并网逆变器控制策略分别进行了仿真研究和物理实验研究，并对实验结果进行了分析。 本论文的主要研究工作如下： （1）分析证明了光伏并网逆变器的无源性，建立了基于无源性的光伏并网逆变器的电流模型和功率模型。 （2）建立了光伏并网逆变器的EL模型和PCHD模型，并分别在两种模型下设计了无源控制器。 （3）对基于无源性的三相光伏并网逆变器控制策略建立了仿真研究。 （4）设计了基于TMS320F28335A为核心的5kVA三相光伏并网逆变器样机平台。 【关键词】：光伏并网逆变器 非线性控制 电流控制 功率控制 无源控制理论 DSPTMS320F28335A
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第1章 引言10-16
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 控制策略研究现状与发展趋势10-15
• 1.2.1 数字 PID 控制11
• 1.2.2 滑模变结构控制11-12
• 1.2.3 模糊控制12
• 1.2.4 重复控制12-13
• 1.2.5 无差拍控制13
• 1.2.6 反馈线性化控制策略13
• 1.2.7 基于 Lyapunov 稳定理论的控制13-14
• 1.2.8 自抗扰控制技术14-15
• 1.2.9 基于无源理论的控制15
• 1.3 论文所做的主要工作15-16
• 第2章 光伏并网逆变器拓扑结构及其数学模型16-30
• 2.1 电压型 PWM 逆变器的拓扑结构16-17
• 2.1.1 电压型单相全桥逆变器拓扑结构16-17
• 2.1.2 电压型三相光伏并网逆变器拓扑结构17
• 2.2 并网逆变器 SVPWM 调制17-27
• 2.2.1 SVPWM 调制原理17-20
• 2.2.2 SVPWM 推导法则20-21
• 2.2.3 扇区判断21-24
• 2.2.4 基本矢量作用时间计算24-27
• 2.3 三相电压型 PWM 光伏并网逆变器数学模型27-29
• 2.3.1 同步旋转 dq 坐标下电流模型28
• 2.3.2 同步旋转 dq 坐标下功率模型28-29
• 2.4 小结29-30
• 第3章 无源控制理论30-35
• 3.1 系统的无源性30-32
• 3.1.1 无源性的概念30-31
• 3.1.2 系统的无源性和稳定性31-32
• 3.2 欧拉-拉格朗日系统32-33
• 3.2.1 欧拉-拉格朗日系统模型32
• 3.2.2 欧拉-拉格朗日系统的无源性32-33
• 3.2.3 欧拉-拉格朗日误差系统稳定性33
• 3.3 端口受控的耗散哈密顿（PCHD）系统33-34
• 3.3.1 端口受控的耗散哈密顿（PCHD）系统模型33
• 3.3.2 端口受控的耗散哈密顿（PCHD）系统的能量平衡、无源性和稳定性33-34
• 3.4 小结34-35
• 第4章 基于无源性的光伏并网逆变器控制器设计35-46
• 4.1 三相光伏并网逆变器的无源性35-36
• 4.1.1 光伏并网逆变器的 EL 电流模型35-36
• 4.1.2 光伏并网逆变器的无源性36
• 4.2 电流控制器设计36-38
• 4.2.1 电流控制器初步设计36-37
• 4.2.2 控制器的解耦设计37-38
• 4.3 功率控制器设计38-40
• 4.3.1 光伏并网逆变器的 EL 功率模型38-39
• 4.3.2 功率控制器设计39-40
• 4.4 PCHD 控制器设计40-45
• 4.4.1 光伏并网逆变器的 PCHD 模型40-42
• 4.4.2 IDA-PBC 设计42-45
• 4.5 小结45-46
• 第5章 基于无源性的光伏并网逆变器实验研究46-57
• 5.1 基于无源性的光伏并网逆变器控制系统仿真实验研究46-49
• 5.1.1 光伏并网逆变器电流控制仿真模型46-48
• 5.1.2 仿真实验结果48-49
• 5.2 基于无源性的光伏并网逆变器控制系统物理实验研究49-56
• 5.2.1 实验平台设计49-52
• 5.2.2 软件设计流程图52-53
• 5.2.3 实验结果与分析53-56
• 5.3 小结56-57
• 第6章 总结与展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果63-64

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