【摘 要】
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混合电网可以有效地通过分布式发电将自然界常见的绿色能源转化为电能,促进绿色能源大规模利用。双向变流器作为混合电网控制核心,扮演着极为重要的角色。本文以应用于交直流混合电网中LCL滤波的双向PWM整流器作为研究对象,主要解决两个关键性问题:(1)针对LCL滤波器参数设计复杂的问题,提出了基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)多目标寻优的LCL滤波器参数优化设
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混合电网可以有效地通过分布式发电将自然界常见的绿色能源转化为电能,促进绿色能源大规模利用。双向变流器作为混合电网控制核心,扮演着极为重要的角色。本文以应用于交直流混合电网中LCL滤波的双向PWM整流器作为研究对象,主要解决两个关键性问题:(1)针对LCL滤波器参数设计复杂的问题,提出了基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)多目标寻优的LCL滤波器参数优化设计;(2)针对传统PI控制中出现的直流侧稳态响应缓慢、稳态波动大,交流侧谐波畸变严重等问题,提出采用线性自抗扰(Linear Auto Disturbance Rejection Controller,LADRC)控制器来替代传统PI控制器进行PWM整流器的控制,实现混合电网运行时整流器更为稳定、有效且优化的控制,具体研究内容如下:首先,介绍混合电网的拓扑结构,并对本文所用到的微源进行研究。分析光伏电池运行机制,建立光伏电池等效模型,以最大功率跟踪法(Maximum Power Point Tracking,MPPT)实现对光伏输出的有效控制;设计并网、孤岛两种模式下的储能蓄电池双闭环控制器,实现对储能蓄电池的双向DC/DC控制。其次,对本文研究的重点——双向PWM整流器进行了详细地模型建立与控制策略设计:(1)设计了基于LCL滤波的整流器主电路拓扑,依据电路理论在三相静止坐标系(abc)、两相旋转坐标系(dq)下建立该拓扑结构的数学模型,并从物理角度分析了其四象限运行机制;(2)以成本函数、损耗函数、谐波函数作为优化子目标,经线性加权构造单一目标函数进行PSO寻优,完成LCL滤波器参数的优化设计;(3)传统PI控制存在稳态响应时间较长、动态响应缓慢、稳态波动较大、谐波畸变严重等问题。因此,本文采用LADRC控制器取代传统的PI控制器来进行混合电网双向PWM整流器的控制,实现直流侧电压、电流,交流侧频率、谐波等性能指标的优化控制。最后,在Matlab/Simulink平台搭建混合电网系统,进行混合电网并网、离网及模式切换三种工况仿真与分析。与传统PI控制相比,LADRC控制具有动态响应能力迅速、稳态响应时间更短且稳态误差更小、谐波畸变更小、频率波动更小等优势,充分验证了本文所提基于LADRC混合电网双向PWM整流器控制策略的优越性和有效性。
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