并网逆变器鲁棒控制：滑模观测器与模型预测控制联合设计.docxVIP

并网逆变器鲁棒控制：滑模观测器与模型预测控

制联合设计

目录

一、内容概括 2

1.1并网逆变器的重要性 2

1.2滑模观测器与模型预测控制概述 6

1.3联合设计的研究现状 7

二、并网逆变器基本原理及数学模型 10

2.1并网逆变器的基本结构 11

2.2工作原理及特性 12

2.3数学模型的建立 17

三、滑模观测器在并网逆变器中的应用 18

3.1滑模观测器的原理及特点 20

3.2滑模观测器的设计与优化 24

3.3滑模观测器在并网逆变器中的实施 27

四、模型预测控制在并网逆变器中的应用 31

4.1模型预测控制的基本原理 33

4.2模型预测控制在并网逆变器中的设计流程 35

4.3模型预测控制的优化策略 36

五、滑模观测器与模型预测控制的联合设计 40

5.1联合设计的思路与框架 41

5.2联合设计中参数的协调与优化 43

5.3联合设计在并网逆变器中的实施步骤 45

六、实验验证与分析 46

6.1实验平台搭建 47

6.2实验结果与分析 50

6.3对比分析 53

七、结论与展望 56

7.1研究结论 56

7.2研究创新点 58

7.3展望与未来研究方向 60

一、内容概括

本文档研究了并网逆变器的鲁棒控制方法，提出了滑模观测器与模型预测控制

(SMPC)联合设计的设计方案。并网逆变器在可再生能源发电系统中发挥着关键作用，其稳定性和鲁棒性对于保证电力系统的可靠性至关重要。滑模观测器通过引入滑模控制思想，实现了对系统状态的快速、准确的估计，有效克服了不确定性和干扰的影响。模型预测控制则基于系统模型的预测，实现了对未来系统状态的准确预测，提高了控制的精度和动态响应速度。通过将滑模观测器与模型预测控制相结合，本文提出了一种新的并网逆变器鲁棒控制算法，提高了并网逆变器的控制性能和稳定性。本文首先介绍了并网逆变器的基本原理和国内外研究现状，然后展示了滑模观测器和模型预测控制的基本原理和算法。在此基础上，详细阐述了滑模观测器与模型预测控制联合设计的算法流程和实现步骤，并通过仿真实验验证了该算法的有效性和优越性。最后本文总结了本文的

主要工作和成果，并指出了未来研究的方向。

1.1并网逆变器的重要性

现代电力系统中，可再生能源扮演着日益关键的角色，而并网逆变器(Grid-Tied

Inverter,GTI)是实现可再生能源发电与电网无缝连接的核心设备。作为一种高效的电力电子变换装置，其在将分布式电源(如光伏电站、风力发电场、小型水电、燃料电池等)产生的直流电能转化为符合电网标准的交流电能方面发挥着不可替代的作用。随着全球对清洁能源需求的持续增长，并网逆变器在推动能源结构转型、促进低碳经济发展以及提升电网供电可靠性等方面的重要性也日益凸显。

并网逆变器的主要重要性体现在以下几个层面：

1.促进可再生能源并网：它是可再生能源接入电网的技术基础。没有高效可靠的

并网逆变器，大量分布式、间歇性的可再生能源难以被大规模、稳定地整合进电

力系统。

2.提升电能质量：高性能的并网逆变器能够精确控制输出电压的频率和幅值，注

入电流的相位和谐波含量，有效抑制电网电压波动和频率偏差，提升整体电能质

量，保障电网安全稳定运行。

3.增强电网灵活性：并网逆变器具备一定的频率调节和转同步孤岛

(Anti-Islanding)功能，可以在电网发生故障时快速检测并断开连接，保护自

身及电网安全，并可作为电网的备用容量或电压支撑，增强电网的灵活性和韧性。

4.实现电网互动与控制：先进的并网逆变器不仅是电源接口，更是智能电网中的

一个可控节点。通过它可以实现分布式资源的协调控制、电压支撑、需求侧响应

等多种高级电能管理功能。

为满足上述日益严苛的应用需求(如高效率、高电能质量、强鲁棒性、快速动态响

应等),并网逆变器的控制策略设计变得至关重要。一个鲁棒、高效的控制系统是确保并网逆变器在各种运行工况下都能稳定可靠运行的根本保障。这自然引出了对先进控制技术，如滑模观测器(SlidingModeObserver,SMO)和模型预测控制(ModelPredictiveControl,MPC)等的研究，并探索联合设计的可能性，以期获得更优的控制性能和更强的适应能力。

◎关键性能指标述表

性能指标

含义

重要性

功率因数

逆变器输出电流与电压