基于状态观测器的光伏电站并网鲁棒控制

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1、中文图书分类号：TP273密级：公开UDC：621.3学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：基于状态观测器的光伏电站并网鲁棒控制论文作者：谢维学科：控制科学与工程指导教师：段建民教授论文提交日期：2017年6月UDC：621.3学校代码：10005分类号：TP273学号：B201002004密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目基于状态观测器的光伏电站并网鲁棒控制英文题目ROBUSTCONTROLFORPHOTOVOLTAICPLANTSCONNECTEDTOTHEPOWERGRIDBASEDONSTATEOBSERVER论文作

2、者谢维学科专业检测技术与自动化装置研究方向光伏电站状态观测器鲁棒控制申请学位工学博士指导教师段建民教授所在单位城市交通学院答辩日期2017年5月授予学位单位北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：谢维日期：20170620关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用

3、学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：谢维导师签名：段建民日期：20170620摘要摘要在可再生能源利用中，太阳能和风能发电被认为是目前技术相对成熟、最具商业化的可再生能源技术。在传统能源日渐枯竭的今天，作为被大力提倡的绿色能源之一，太阳能发电具有广阔的发展前景。光伏并网发电技术是太阳能发电的主要应用方式，它主要包括太阳能电池阵列、并网逆变器、及相应的中央集控系统几部分，其中尤以逆变器为技术关键。本文基于状态观测器的重复控制，通

4、过在控制反馈闭环过程中加入的外部激励周期性信号的发生模型，能够对周期信号进行零稳态误差跟踪或抑制。本文通过理论分析光伏电站并网系统的逆变器传统控制策略，指出其所存在的不足，并在这一基础上提出新的光伏并网逆变器的鲁棒控制方法。论文构建了一种具有并网功能的光伏电站发电系统，对光伏发电的系统拓扑结构、最大功率点跟踪（MPPT）方法、并网逆变器控制策略、发电系统的样机验证技术等关键问题进行了深入研究。主要内容如下：（1）针对光伏发电系统的结构和功能特点，提出一种并网光伏发电系统的拓扑结构，并建立了相应的数学模型。通过分析数种光伏并网及离网逆变器拓扑结构，建立了双环控制，输出反馈，状态

5、观测器等光伏并网逆变重复控制器结构，对系统的组成部分进行分析，依次构建其物理模型。在这一过程中，从坐标变换的角度，证明了传统控制策略无法无静差地跟踪周期信号的本质，同时搭建了各组成部分的Matlab/Simulink仿真模型。（2）针对光伏发电系统的拓扑结构，分别建立了最大功率点跟踪滑模控制器，及光伏并网逆变重复控制器的物理模型。分析了光伏发电功率输出的特性，提出了一种基于模糊滑模控制的最大光伏功率跟踪技术，对最大功率跟踪技术进行仿真验证；针对局部阴影条件下传统MPPT方法失效的问题，对光伏支路最大功率的优化控制方法展开研究，分析了支路串联补偿电压的控制原理，结合最大功率点预

6、测实现局部阴影条件下光伏阵列的MPPT，并进行仿真验证。从频域分析基于双环光伏并网逆变重复控制的物理模型，计算获得其开闭环传递函数，建立其H∞仿真模型，通过Matlab工具箱Hinfsyn求解其待定参数，分析光伏并网逆变重复控制器的双环设计。（3）针对基于状态观测器的光伏电站并网逆变重复控制器的物理模型，通过理论推导，重构状态空间方程，将其转化为离散二维模型。通过构造合适的李雅普诺夫泛函，给出了状态观测器参数的线性矩阵不等式（LMI）求解方法，在I北京工业大学工学博士学位论文此基础上，搭建了Matlab数学仿真模型，采用基于微处理器的太阳能光伏并网实验平台验证该方法的实用性。

7、（4）针对基于输出反馈的光伏电站并网逆变重复控制器，从LMI的角度，进行理论推导，得到该光伏并网逆变重复控制器的H2/H∞混合多目标鲁棒稳定条件。在数值求解过程中，结合现代控制理论中的李雅普诺夫方法，鲁棒控制理论，应用了Matlab的多种软件工具箱，有效地简化了计算求解过程，数据仿真验证了该控制方法具有稳定性好，谐波含量低，收敛速度快等优点。（5）对于光伏并网发电系统进行设计验证，通过多个实物实验，验证了所设计方法的可行性。分别进行了最大功率跟踪实验和并网控制实验。在并网运行状态下，以并网电流控制为基础