无模型子空间控制及其在光伏并网逆变器的应用

【摘要】：逆变系统作为整个太阳能并网发电系统中的核心,是输出较高电能质量的保证。目前大多数逆变器控制算法都是建立在模型的基础上,为了避免复杂耗时的建模中间过程,本文研究了基于子空间的无模型预测控制,并将子空间的LQG控制推广到H∞鲁棒控制中,最后成功的应用到了三相并网逆变系统的控制器设计中。 首先对子空间方法和太阳能发电产业的现状及发展进行了阐述,综合分析了逆变器的控制算法,并通过对太阳能系统的研究,设计了三相并网逆变系统。 接着对子空间预测控制方法及基于子空间的LQG控制进行了详细的研究。现实中动态系统的结构和特性比较复杂,很难通过传统的机理建模得到数学模型,因此子空间预测控制结合子空间辨识方法和模型预测控制的优点,直接利用过去输入输出数据得到将来输出预测值,并将预测器矩阵作为控制器的参数,避免了繁琐的建模过程。 然后针对LQG控制器设计时只考虑了单一的功率谱为1的白噪声干扰,提出了一种新型的基于子空间的混合灵敏度H∞控制,结合子空间预测控制,将LQG的二次型性能指标推广到H∞范数指标中,将干扰信号的不确定性考虑在其中。该控制方法通过输出输入数据直接构造子空间预测器,然后只要进行简单的矩阵运算就得到了H∞性能指标,不再需要求解复杂的Riccatti方程或线性矩阵不等式,降低了模型的阶次和测量数据中噪声的影响,大大简化了设计过程。 最后利用Matlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱来建立了光伏并网逆变器的模型。子空间无模型控制不仅可以大大的减小计算复杂度,并且可以达到很好的控制效果,因此将基于子空间的LQG控制和H∞控制分别应用到三相并网逆变器的控制中。仿真结果显示,将子空间预测控制应用到并网逆变控制是可行的,逆变器输出电流符合并网标准,并具有良好的动态性能和鲁棒性。 【关键词】：子空间控制 三相光伏并网逆变器 LQG控制 混合灵敏度H_∞控制
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-19
• 1.1 子空间方法的发展和应用10-12
• 1.1.1 子空间技术的研究现状10-11
• 1.1.2 子空间理论的应用11-12
• 1.2 光伏发电产业的发展12-14
• 1.2.1 世界能源形势12-13
• 1.2.2 国内外光伏发电现状13-14
• 1.3 逆变器的控制策略14-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 第2章 三相并网逆变器的设计方案19-31
• 2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构19
• 2.2 光伏并网逆变器的控制方式19-20
• 2.3 并网逆变器滤波器的设计原理20-21
• 2.4 三相逆变并网系统坐标变换21-23
• 2.5 三相并网逆变器的调制方法23-29
• 2.6 本章小节29-31
• 第3章 基于子空间的LQG控制及其在并网逆变器上的应用31-40
• 3.1 子空间预测器31-34
• 3.1.1 子空间方法的数学基础31-32
• 3.1.2 子空间预测器32-34
• 3.2 LQG控制方法的改进34-36
• 3.2.1 基于MPC的LQG控制34-35
• 3.2.2 基于子空间的LQG控制35-36
• 3.3 子空间LQG控制在并网逆变器的应用36-39
• 3.3.1 LQG控制器的算法实现37-38
• 3.3.2 LQG控制器仿真实现38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 基于子空间的H_∞控制及其在并网逆变器上的应用40-52
• 4.1 鲁棒控制基础40-43
• 4.1.1 标准H_∞控制问题40-42
• 4.1.2 混合灵敏度控制42-43
• 4.2 基于子空间的H_∞控制43-48
• 4.3 基于子空间的H_∞控制器在并网逆变器上的应用48-51
• 4.3.1 H_∞控制器的算法实现48-50
• 4.3.2 H_∞控制器仿真实现50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 仿真实验结果与分析52-61
• 5.1 光伏发电并网技术标准52-53
• 5.2 本系统逆变器的仿真模型53-55
• 5.2.1 仿真软件的简介53
• 5.2.2 仿真模型的建立53-55
• 5.3 仿真结果分析55-60
• 5.3.1 控制器输出电流分析56-57
• 5.3.2 控制器动态性能分析57-59
• 5.3.3 H_∞控制器的鲁棒性分析59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 工作总结61
• 6.2 工作展望61-63
• 参考文献63-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间发表的论文69

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