单相LCL型并网逆变器的控制策略研究与实现

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随着环保意识的提高,新能源发电得到了越来越多的重视,并网逆变器作为分布式电源并网的关键设备,对电网的稳定运行起重要作用。并网逆变器的控制性能很大程度上取决于其控制算法,因此对并网逆变器的控制算法进行相关研究十分必要。本文通过相关的仿真与设计,搭建了并网逆变器的实验样机,并在实验样机上验证了控制策略的可行性。逆变器在同步旋转坐标系下各状态变量均为直流量,d-q坐标变换能将静止坐标系下的交流信号变换为同步旋转坐标系下直流信号,本文讨论了一种同步旋转坐标系下的PI控制策略,该控制策略首先使用二阶广义积分器构建正交信号,随后基于两相正交信号使用Park变换进行坐标变换,建立了d-q坐标下的并网逆变器的控制模型,并在此基础上设计了合适的PI控制器,实现对逆变器的并网电流的高精度跟踪。坐标变换会增加系统的设计难度,而基于PR控制策略和准PR控制策略的的逆变器都可以在自然坐标系下实现并网电流的零稳态误差跟踪,但经分析后表明准PR控制器的抗干扰能力更强,因此本文在接下来设计的两种控制策略的电流外环上都使用了准PR控制器;针对在实际工程应用中,存在的传感器噪声污染,精度不够等问题,本文提出了一种基于状态观测器的有源阻尼+准PR的控制策略,利用Luenberger状态观测器来估计出电容电流,避免了使用传感器时所带来的噪声污染问题,然后利用电容电流观测值反馈来实现LCL并网逆变器的有源阻尼,再通过准PR控制电流外环实现零稳态误差控制;系统的极点分布情况决定了系统的主要性能,为了改善LCL系统的性能,本文提出了一种全状态反馈+准PR的控制策略,在不增加传感器的前提下,基于状态观测器设计了状态反馈,配置LCL系统的极点落在所期望的位置,改善LCL系统的性能,同时实现有源阻尼,由于状态反馈抑制稳态误差的效果较差,于是增加一个准PR控制的电流外环,进而实现并网电流无误差跟踪控制。最后本文在研制的实验样机上进行了相应的实验验证,仿真与实验结果表明,基于同步旋转坐标系的PI控制策略能够实现较好的控制精度;基于状态观测器的有源阻尼+准PR的控制策略可以实现并网逆变器的零稳态误差控制;全状态反馈+准PR的控制策略能在不增加传感器的情况下获得并网电流的零稳态误差跟踪的性能。
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