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当今,光伏发电因其清洁、便利、高效、安全等优势已然成为世界各国普遍关注与重点发展的新兴产业。而光伏发电技术的特点及优势,很大程度上依赖于其逆变单元的高性能控制技术。离网模式下的光伏发电系统,由于没有大电网支撑,通过何种手段实现逆变单元输出电压的有效同步以及高鲁棒电压跟踪效果是目前急需攻克的技术难题。而光伏发电系统运行在并网模式时,通常采用直接电流控制和直接功率控制。相较直接电流控制,直接功率控制策略(Direct Power Control,DPC)不需要把功率变量转化成对应的电流变量,而是直接控制逆变器输出的瞬时功率,具有响应速度快,结构简单的优点。尽管DPC在三相系统中应用广泛,但针对单相系统的DPC研究却鲜见报端。为此,本文针对单相单级光伏逆变系统,分别设计了其在离网/并网模式下的电压控制策略和直接功率控制策略。本文具体研究内容如下:(1)对单相单级光伏逆变系统建立其在离网/并网模式下的数学模型,并对并网模式下单相网侧瞬时功率计算进行推导。(2)针对离网模式下单相单级光伏逆变系统易受负载扰动和滤波参数摄动而造成滤波输出电压品质差的问题,设计一种基于时变增益扩张状态观测器(Time-varying Gain Extended State Observer,VGESO)的自适应Super-Twisting滑模控制器。通过设计VGESO,重构逆变系统的未测量辅助状态变量与包含负载变化、参数摄动等不确定项在内的集总不确定量;进而,在获取辅助状态变量和集总不确定量观测值的基础上,设计基于自适应Super-Twisting算法的滑模控制器,以实现逆变器系统输出电压对其参考电压的快速准确跟踪并增强系统抵御负载扰动和滤波参数摄动的能力。(3)针对并网模式下单相单级光伏逆变系统,提出一种基于降阶ESO(Reduced Order Extended Observer,RESO)的H_∞控制与Super-Twisting算法结合的DPC策略。电压平方外环设计为基于RESO的H_∞电压控制器,通过RESO对光伏输出功率变化的实时估计并前馈补偿于H_∞控制器,以保证直流母线电压的稳定;其次,功率内环设计为基于Super-Twisting算法的滑模控制器,在保证单位功率因数的前提下,降低网侧电流的总谐波畸变率,实现对网侧瞬时有功、无功功率的解耦控制并增强系统对参数摄动的鲁棒性。