单相光伏逆变器并联系统的FCS-MPC策略研究

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随着十三五光伏扶贫,十四五整县光伏和光伏治沙的推进,光伏新能源发电技术有了重大突破。然而,单台光伏发电装置因其容量小,功率低等原因已经不再满足当下需求。因此,对多逆变器并联系统控制的研究具有重要意义。本文将单相光伏逆变器作为被控对象,研究基于混合逻辑动态(Mixed Logical Dynamical,MLD)建模的有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)策略。首先对单个逆变器系统进行控制研究,然后再进一步对多个逆变器并联系统控制进行研究。主要研究内容如下:(1)通过传统逆变器并网拓扑以及多逆变器连接方式研究,选择了非隔离型两级式单相全桥逆变器拓扑作为控制对象。分析目前逆变器并联技术的研究现状和微电网逆变器的控制方法;进一步研究基于MLD建模的FCS-MPC策略;分析该方法应用到逆变器控制中的优势。(2)对单相光伏逆变器系统进行MLD建模及FCS-MPC策略研究。为了提高单相光伏并网逆变器溃入电网的电能质量,使系统更快速准确地满足并网要求,将MLD建模与FCS-MPC结合起来应用到单相光伏逆变器并网系统。首先根据混杂逻辑动态思想对系统进行了建模。然后基于该模型,设计全维状态观测器对输出电流进行估计,并采用锁相环对电网电压锁相。最后设计有限集模型预测控制器进行控制。仿真结果表明,与传统的基于开关函数模型的模型预测控制相比,采用本文所提控制策略,不仅解决了传统MPC存在的混合整数二次规划难题;同时,降低了逆变电路输出电流的总谐波畸变率(Total Harmonics Distortion,THD),提高了逆变器溃入电网的电能质量;并达到了并网要求。(3)对单相光伏多逆变器并联系统进行MLD建模及FCS-MPC策略研究。为了提高微电网多逆变器并联系统的输出电压质量,抑制各逆变器间环流,采用MLD对多逆变器并联系统进行建模并进行FCS-MPC控制器设计。首先,对于多逆变器并联系统进行分析,建立混杂逻辑动态模型。然后以两个逆变器并联系统为例,进行环流分析。最后确立目标函数,对输出电压进行控制,并在目标函数值中加入环流作为约束,不仅能在线优化解决控制系统的实时变化;同时,抑制了各逆变器之间的环流;有效获得较高逆变输出电压跟踪精度和较小的总谐波失真率;获得很好的动态响应。
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