基于LADRC的LCL型并网逆变器电流环控制研究

作     者：王子江 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王孝洪

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：并网逆变器系统 LCL滤波器 线性自抗扰控制 电流环解耦 谐振抑制 

摘      要：随着能源短缺和环境问题的日益严重,以太阳能、风能等“绿色能源为主的分布式可再生能源发电技术受到了越来越多的关注。并网逆变系统作为分布式发电装置与电网之间的接口,发挥着不可替代的作用,其控制性能直接决定了并网电流质量的好坏。为解决传统单电感L型滤波器带来的成本和体积问题,通常采用高频抑制能力相对更强的LCL型滤波器作为电网和逆变器之间的谐波过滤装置。然而,传统的依赖模型的控制算法难以解决LCL滤波器在dq坐标系下耦合复杂且具有谐振特性的缺点,限制了LCL型并网逆变器性能的提升。鉴于线性自抗扰控制器(LADRC)模型依赖度低,能够同时解决耦合及谐振问题,且不增加系统硬件成本的优点,本文对基于LADRC的LCL型并网逆变系统电流环控制策略展开研究。本文首先从LCL型三相PWM并网逆变器的数学模型出发,通过机理法建立了LCL型并网逆变器在dq坐标系下的数学模型,并对模型的耦合特性和谐振特性进行了分析,为引入线性自抗扰控制技术奠定基础。其次,通过建立LCL滤波器在并网模式下的谐波模型,研究了LCL滤波器参数与谐波抑制效果之间的关系,并结合LCL的参数设计约束,设计出了样机LCL滤波器参数,同时进行了仿真验证。随后,详细介绍了LADRC技术的基本原理,在此基础上设计了以电网电流闭环的三阶LADRC控制器,通过求取电流环的等效传递函数,对LADRC控制器的各项性能进行了分析,并结合仿真分析,证明了三阶LADRC控制策略的可行性。针对三阶LADRC控制器结构复杂,参数整定和性能分析不便的问题,在对比分析了电网电流反馈和逆变器侧电流反馈两种控制方式后,对电流环控制策略进行改进和简化,结合复阻抗前馈策略,设计了基于逆变器侧电流反馈的一阶LADRC控制器,解决了电流环控制器结构复杂且参数整定不便的问题,并通过仿真验证了改进简化后的控制策略的优越性。最后,为了验证LADRC在LCL并网逆变器系统电流环中的控制性能,以DSP+CPLD为控制核心设计了实验平台并进行实验验证,实验结果证明了本文采用的LADRC控制策略的有效性。