关键词:
光伏并网发电系统
最大功率点追踪技术
光伏并网逆变器
线性自抗扰控制
滑模控制
自适应控制
摘要:
随着新能源技术的不断发展,太阳能作为一种高效、清洁的新能源备受人们关注。光伏并网发电系统是将太阳能转换为电能的关键,因此也成为当前研究的热点。在光伏发电系统的设计和优化中需要综合考虑光伏电池、最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)技术和光伏逆变器等方面。其中最大功率点跟踪技术和逆变器控制策略是保证整个光伏并网系统高效率、安全、稳定运行的关键,对其采用合适的控制策略,能够提高光伏发电系统的效率和可靠性。因此,本文以光伏并网发电系统为研究对象,利用线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)技术对系统中的最大功率点跟踪技术和逆变器控制策略进行改进,令系统能够在面对多种外界干扰的情况下,依然能高效、稳定地运行。本文的主要工作内容如下:第一,光伏并网发电系统的数学建模部分由光伏电池、光伏发电系统MPPT部分、光伏并网逆变器组成,本文根据工作原理以及实际工程要求对光伏并网发电系统的各部分进行了数学建模,为光伏并网发电系统的控制策略研究提供了良好的基础。第二,光伏阵列的最大功率点追踪技术是保证其输出效率最大化的关键,但在实际工程中,MPPT技术往往会受到灰尘遮挡、天气变化等外部条件改变引起的干扰。针对光伏发电系统中光伏阵列的MPPT问题,提出并设计了一种粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)和自适应线性自抗扰控制(Adaptive-Linear Active Disturbance Rejection Control,A-LADRC)算法相结合的MPPT方法。该方法克服了传统的MPPT方法无法解决的局部阴影问题,并且提高了控制器在外部条件发生变化时的抗干扰能力。在该方法中,PSO对光伏阵列P-V输出特性曲线上的最大功率点(Maximum Power Point,MPP)进行追踪,并输出光伏阵列输出功率最大化时的工作电压作为参考值,然后用A-LADRC控制器对进行参考电压追踪并通过Boost电路进行调节,从而完成MPPT过程。A-LADRC控制器增强了对MPPT过程中各种外部干扰的抗干扰能力,并加快了系统的响应速度。仿真结果说明,与扰动观测法(P&O)、传统的PSO算法等其他控制算法相比,该方法具有良好的跟踪性能和并且在外界条件改变造成的外部干扰下具有较好的抗干扰能力。第三,直流母线电压由逆变器控制策略进行调节,其输出稳定性将受到各种外部干扰的影响,直流母线电压的稳定性也决定着电网侧的交流电的电能质量。但电压电流双闭环控制策略作为传统的光伏并网逆变器控制策略存在着鲁棒性较差、系统的调节时间过长等缺点。针对上述问题,本文提出了一种将自适应线性自抗扰控制器应用到外环控制当中的方法,以达到抗干扰的目的。该控制策略使用线性扩展状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)来估计外部条件变化引起的外部干扰和参数不确定性引起的内部干扰。PD控制器补偿干扰并应用自适应控制以简化参数调整。最后,本文利用李雅普诺夫理论进行了稳定性分析,与传统的线性自抗扰控制相比,验证了该控制策略的优越性。实验结果表明,该系统在光照强度突变、电压跌落等干扰下具有较好的控制性能和抗干扰能力。第四,将滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)与LADRC相结合设计了一种复合控制方案,该控制方案结合了SMC与LADRC各自的优点,增强了控制器的控制性能。验证了滑模线性自抗扰控制((Sliding Mode Control-Linear Active Disturbance Rejection Control,SMC-LADRC)在光伏并网逆变器直流母线电压控制中的可行性和优越性。在SMC-LADRC控制器中,SMC的引入解决了带宽受限引起的控制精度下降问题,提升了整体控制器的鲁棒性。LADRC控制器中LESO对系统中存在的内部扰动和因为外部条件改变引起的外部扰动,PD控制器的主要功能是对总扰动的估计进行补偿。并且在PD控制器的调参过程中加入自适应控制进行调参,该方法不仅在将自抗扰控制器线性化的基础上进一步简化调参过程,同时也增强了该控制器在外部扰动发生时的控制性能。最后通过仿真实验证明了SMC-LADRC控制器的实用性和优越性。