微网逆变器的模糊-重复控制与故障检测方法研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:nanpingke11
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随着光伏、风能、潮汐能等清洁可再生能源发电规模不断增大,新能源分布式发电(distributed generation,DG)技术也愈加重要。微网作为承载分布式发电技术的重要载体,是未来分布式发电技术的重要研究方向。电压源型逆变器作为微网并网与孤岛运行模式下的重要组成部分,直接影响微网系统运行的稳定性和电能质量,因此对于微网逆变器的研究是非常重要的。针对电压源逆变器的高度非线性、建模与控制困难,我们提出了采用模糊系统建模控制与分析的方法对其进行研究,提出了模糊-重复控制与事件触发故障检测设计方法,得到了良好的效果,论文的主要工作如下:首先,研究并构建了微网电压源型逆变器的状态空间模型。电压源逆变器主要分为四部分:电压源控制器,电流源控制器,功率控制器和LC滤波器。在分别建立其小信号状态空间模型的基础上,构建了单台逆变器整体的数学模型。进一步建立了整个微网系统多级并联逆变器的非线性状态空间模型。为后续研究奠定模型基础。其次,提出了基于状态观测器的模糊-重复控制方法实现对逆变器系统的周期性信号无静差跟踪。针对微网逆变器数学模型的非线性特点,引入T-S模糊规则,建立逆变器T-S模糊模型。同时考虑到该模型系统状态不完全可测得,设计了基于模糊观测器的重复控制器。运用模糊李雅普诺夫泛函,获得了基于线性矩阵不等式的非线性系统稳定性条件。提出了模糊隶属函数导数的一个新的等式引理,通过引入松弛矩阵条件和增广模糊矩阵技术,降低系统结果的保守性,增加线性矩阵不等式条件的可行解空间。另外,通过利用带有分离参数的模糊李雅普诺夫泛函方法,实现了模糊周期控制器与模糊观测器的分离设计,提高了设计的灵活性。将模糊-重复控制方法应用在微网逆变器数学模型上,采用MATLAB软件对其仿真,结果证明了该方法的有效性,同时也改善了逆变器的输出波形。最后,针对逆变器系统在网络环境下的故障检测问题,提出了基于事件触发的故障检测方法,提高了故障检测的精度。第一,建立了异步前件变量的模糊故障检测滤波器,用来产生残差信号。第二,考虑网络通信资源有限,引入事件触发机制,进一步得到了同时含有传感器故障、过程故障和外部扰动的故障检测系统。第三,采用模糊李雅普诺夫泛函方法和一些LMI技术来放松模糊故障检测系统的稳定性条件,降低系统的保守性,获得了更好的故障检测性能,最终实现了故障检测滤波器增益矩阵和事件触发加权矩阵的协同设计。在MATLAB环境下进行仿真实验,验证了所提出故障检测方法不仅能够及时检测到所发生的故障,而且能够有效地提高通讯资源的利用率。
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