基于H∞重复控制的微电网电压谐波抑制策略

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随着新能源的大力开发利用,为降低电力系统调度的难度,提升电力系统的可靠性,分布式电源多以微网形式出现。微网中存在大量的非线性负载,当微电网孤岛运行时,无大电网提供电压支撑,非线性负载谐波电流流经逆变器等效阻抗和线路阻抗,导致公共并网点(Point of Common Coupling,PCC点)电压发生畸变,影响微网的高效稳定运行。为此,本文结合H∞重复控制、下垂控制以及虚拟阻抗技术提出一种改善孤岛微网PCC点电压质量的控制策略。首先,设计基于H∞重复控制的输出电压控制环,以重塑逆变器等效输出阻抗为小谐波阻抗。设计时,基于所建立含滤波器电感电流有源阻尼反馈的被控对象模型,研究了H∞重复控制中补偿器的降阶设计方法。通过合理配置阻尼系数,在取得良好的LC滤波器谐振抑制的同时可简化控制器的数字化实现。与无源阻尼法相比,具有能减小系统损耗、增加控制器设计灵活性等特点。可调整有源阻尼系数的引入很好地调和了H∞重复控制器的降阶实现与控制器在降阶后性能损失较大的矛盾。仿真和实验证明了滤波器电感电流有源阻尼在降低H∞重复控制系统输出电压THD方面,优于滤波电容串联电阻的无源阻尼方法。不同负载条件下的输出谐波电压FFT分析验证了本文所提补偿器降阶设计方法几乎不导致控制器性能下降。与PI控制器的对比实验证明了所提出策略在非线性负载条件下可以更为有效地降低逆变器输出电压谐波畸变率。接着,针对传统下垂控制策略受线路阻抗差异影响存在功率分配不均的情况,提出采用基于虚拟电阻的改进下垂控制策略。通过虚拟电阻算法在逆变器基波输出参考电压上叠加谐波电压参考信号,使得逆变器到公共并网点之间的阻抗以所设计虚拟电阻为主导,从而减小各逆变器到公共并网点之间的等效阻抗差异,提升功率均分精度。H∞重复控制在低次谐波频率处表现出高的开环增益,从而可实现对所产生虚拟谐波电压参考信号的准确跟踪,保证虚拟电阻的精确模拟。最后,结合所设计H∞重复控制器、虚拟阻抗技术和下垂控制三者,提出一种可改善低压微电网PCC点电压质量以及实现负载功率高精度分配的逆变器并联运行控制策略,以达到在降低微网公共点电压THD的同时使得各并联单元能够良好均分负载电流,并基于所搭建微电网模型仿真验证了所提策略的有效性。
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