基于自抗扰的光伏并网电能质量控制策略研究

作     者：曹宇哲 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈丽

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：光伏发电 两级式三相并网 LCL滤波电路 双电流环结构 线性自抗扰控制 

摘      要：21世纪,随着化石能源逐渐枯竭,可再生能源的开发和利用逐渐被世界各国所重视。光伏发电作为一种取之不尽用之不竭的绿色能源逐渐被各国青睐。而光能从经光伏阵列板转化为电能到并网输送给用户则还需要经历若干个复杂的环节,每个环节里不同的硬件设计和控制策略都会对电能质量产生影响。本文针对传统控制策略下输出的并网电流的动态性能与稳态性能差的问题进行了研究和改进。全文是基于MATLAB/Simulink平台上进行仿真研究,具体工作内容如下:首先,设计了前后两级式光伏并网的拓扑结构,前级选用了100kW的光伏阵列,基于面积差比较法的最大功率点跟踪策略和升压斩波(boost)电路;后级选用三相逆变桥和LCL型滤波器。然后对每一模块设计了合理的硬件参数,并对不同外界条件下光伏阵列输出特性进行研究。其次,对整个光伏并网逆变器进行数学建模,然后针对LCL型并网逆变器在谐振处存在谐振尖峰的问题,采取了电容电流反馈与并网电流反馈的双电流环的有源阻尼法进行抑制;针对前级电压波动问题加入了电压外环的PI控制。并对基于电容电流反馈的PI、准比例谐振(Quasi Proportional Resonance,QPR)为代表的传统控制策略进行研究,在分析了其控制精髓的基础上,又发现了PI控制动态特性差,稳定性不好,而QPR控制的并网电流与电网电压存在相位误差且过于依赖准确模型的不足的问题。然后,由于自抗扰控制响应速度快且无超调,而且控制的准确性好,抗扰能力强等优点而决定采用自抗扰控制。在系统研究了非线性自抗扰后,针对该算法待整定参数多、结构复杂的问题提出了线性自抗扰控制(Linear Auto Disturbance Rejection Control,LADRC)算法,并推导了三阶自抗扰控制算法,并研究了参数整定办法。最后,将自抗扰控制技术与并网控制技术相结合,设计了针对LCL并网控制的三阶自抗扰控制器。并用这种策略在Simulink上进行了仿真,研究了动态特性、准确性和鲁棒性,然后与同种条件下的PI、QPR控制策略进行了对比,证明了该方法的优越性,达到了预期的效果。