微电网逆变器H2/H∞混合控制策略研究

摘要

大量分布式电源(尤其是随机性的风能、太阳能)接入配电网,将对系统的稳定性和电能质量带来不同程度的影响,微电网能够较好的解决这一问题.逆变器作为微电网系统中能量转换与控制的核心设备,其可靠运行关系到微电网系统的稳定性和可靠性.实际运行环境中,逆变器的参数在系统受到扰动后会存在不确定性,如何抑制这些扰动对逆变器参数的影响,保证系统在各种不确定条件下具有良好的瞬态和稳定性能具有重要的意义.本文针对微电网逆变器参数不确定性问题进行研究. 针对逆变器参数L、R和C在实际运行环境中受到扰动后会存在不确定性这一问题,采用一种逆变器H2/H∞混合控制策略.在该控制策略中,将具有优异动态性能的H2控制和高鲁棒性的H∞控制有机结合,形成H2/H∞混合控制策略,使逆变器具有高鲁棒性的同时又具有较优的动态性能.在系统建模和电压电流环控制器设计时考虑了参数L、R和C在受到扰动后会存在不确定性的情况.仿真结果表明,在基于H2/H∞混合控制策略设计的控制器作用下,逆变器参数L、R和C在不确定性为0、+30%和-30%的情形下较传统控制策略表现出较好的动态性能和鲁棒性,更低的THD. 针对传统方法求解的状态反馈控制器难以满足最优控制器目标约束这一问题,提出一种用粒子群算法对H2和H∞的状态矩阵进行优化求解的方法.并针对传统粒子群算法易陷入局部最优和收敛速度慢的问题进行研究,对其惯性权重系数进行非线性调整,通过模糊推理的方法动态改变学习因子.通过对优化粒子群算法的离线对比仿真分析得出,改进的粒子群算法较传统的算法迭代次数少,收敛速度快,能很快的寻求出最优解.最后,将本文所提方法求得参数代入系统控制器仿真验证,仿真结果验证了所提方法求取参数的正确性和优越性.

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 微电网的研究现状

1.2.1 微电网的概念

1.2.2 微电网的国内外发展现状

1.2.3 微电网的结构特征

1.3 微电网逆变器控制策略及其参数不确定性研究现状

1.3.1 微电网逆变器控制策略研究现状

1.3.2 参数不确定性问题的相关现状

1.4 课题来源及本文的主要研究内容

第2章 微电网逆变器建模及其参数不确定性控制策略研究

2.1 微电网逆变器的数学模型

2.2 微电网逆变器的控制策略

2.2.1 PI/PR控制策略

2.2.2 下垂控制/二次控制策略

2.3 针对参数不确定性问题的控制策略

2.3.1 2H 和H∞控制

2.3.2 考虑参数不确定性的H2/H∞混合控制器设计

2.3.3 基于Riccati不等式和LMI的状态反馈解

2.3.4 2H 和H∞控制的状态矩阵优化求解

2.4 本章小结

第3章 基于H2/H∞控制的状态反馈控制律

3.1 电压环H2/H∞混合控制器

3.1.1 电压环状态反馈控制律

3.1.2 基于LMI的状态反馈解

3.1.3 最优控制器目标约束

3.2.1 电流环状态反馈控制律

3.2.2 基于LMI的状态反馈解

3.2.3 最优控制器目标约束

3.3 H2/H∞混合控制器及状态矩阵求解

3.4 本章小结

第4章 基于改进PSO算法的状态矩阵求解

4.1 PSO算法基本原理

4.2 PSO算法的改进

4.2.1 权重系数的非线性调整

4.2.2 学习因子的改变

4.2.3 改进PSO算法的流程图

4.3 状态矩阵优化求解

4.3.1 优化目标函数

4.3.2 算法仿真对比分析

4.4 本章小结

第5章 控制系统仿真验证

5.1 电压环仿真

5.2 电流环仿真

5.3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢