不平衡电网电压下三相并网自抗扰控制策略研究

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随着化石燃料的日益消耗和环境污染的加重,能源结构逐渐发生改变,新能源所占的比重逐年上升。并网逆变器是新能源电力系统的重要环节,作为新能源电力的并网接口,其地位和作用十分显著。并网逆变器工作稳定性除受自身因素作用外,还受来自电网干扰的影响,电网电压的平衡状况、谐波含量会对逆变器输出波形质量造成影响。如何使并网逆变器在电网情况较为恶劣的条件下,仍能安全高效的运行,成为现阶段研究热点。本文以三相并网逆变器为基础,以改善逆变器在电网不平衡条件下运行的运行性能、抑制逆变器直流侧二次谐波、提高并网电流质量为目的,采用自抗扰控制器(Auto Disturbance Rejection Controller,ADRC)对不平衡三相电网条件下的逆变器控制策略展开研究。
  本文以ADRC控制器为核心,首先概述了其核心思想、结构组成,介绍了ADRC控制器线性化方法及其参数整定基本方法。为改善ADRC应用于逆变系统时的控制性能,减小控制器对周期正弦信号的跟踪误差,引入了微分前馈自抗扰控制器(Differential Feedforward ADRC,DF-ADRC),并对其结构组成、控制原理和稳态误差进行了分析。在对并网逆变器以及不平衡电网进行数学建模的基础上分析了不平衡电网电压下逆变器的工作情况以及逆变器直流侧产生二次谐波、网侧电流产生三次谐波的原因,给出了直流侧二次谐波的表达式。
  为达到不平衡工况下的控制目的,本文首先对平衡状况下的逆变器进行研究。针对电网平衡状态下并网逆变器电流控制,本文提出了在基于两相静止坐标系下的控制基础上的DF-ADRC控制方案。该方案采用双环设计方案对并网逆变器进行了设计,电流控制指令由功率指令计算给定,电流环控制器采用了DF-ADRC控制器。该控制器通过引入给定信号的微分前馈并对系统参数不确定及扰动进行观测补偿改善了系统的抗扰性能。
  最后针对电网不平衡状态下并网逆变器的电流控制,提出了不平衡状态下的并网逆变器DF-ADRC控制策略。该方案以自抗扰控制器构成电流控制内环,通过广义积分器实现先对正负序分量的分离,提高了不平衡电压作用下锁相环运行精度,通过抑制功率二次谐波的功率控制方法,降低了直流侧电压二次谐波含量,改善了输出波形质量。为对比分析该控制策略的控制性能,同时分析了两种常见的不平衡控制策略。通过仿真和实验对其控制效果进行了验证,结果表明自抗扰控制方案的可行性,具有一定的实际效果,拓宽了自抗扰控制技术在新能源发电领域的应用范围,具有一定的理论意义和工程应用价值。
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