论文总字数：22251字

摘 要

中小功率发电系统中，传统的电压源型逆变器不能实现升高电压和降低电压的能力，而且对于输入侧的脉动，传统逆变器在直流侧必须加入大容量的电容，导致系统体积过大，效率低，可靠性不高的问题。因此对于新型逆变器的研究满足当今的时代发展的需求，并针对广泛存在于控制系统中的干扰和不确定性以及对于系统输出结果造成影响设计自抗扰控制策略。

本文研究的单级Buck-Boost逆变器是一种新的的逆变器拓扑结构，具有升降压变换的能力，对比于传统逆变器的大电解电容，新型逆变器不含电解电容，对于宽范围输入的脉动电压有很强的抵抗能力，因此，其不需要输入侧大滤波电容，具有成本低、使用寿命长、可靠性高，逆变电路输出电能质量高等优点，符合中小功率光伏发电系统的要求。本文首介绍该逆变器电流断续模式下的工作原理，建立其数学模型，设置闭环PR调节器以及设计自抗扰控制模型。在理论分析的基础上，进行开环升降压和闭环抵抗扰动仿真和实验验证，结果证明单级新型逆变器的抵抗输入侧脉动，无需电解电容，输出电能质量高等优良性能。本文关于单级Buck-Boost逆变器作课设计主要工作：

（1）新型单级非隔离Buck-Boost逆变器的电感电流断续模式工作模式，详细分析DCM电路的工作原理, 对于DCM下进行新型单级非隔离逆变器带负载模型搭建，并由此推导出了控制至输出的传递函数，并设计了PR调节器参数，进行了输入电压突变和抵抗输入侧脉动的仿真研究。

（2）对于ADRC的核心思想、基本原理、基本设计过程和参数整定方法进行详细的分析；ADRC的核心ESO（扩张状态观测器）能够对系统输出的信号观测，并将控制系统的内部扰动和外部扰动集成为系统的总和扰动进行观测估算，通过在控制信号中给予补偿，在非线性控制策略使控制系统变为积分串联型系统，在不同区间采用不同的控制增益，可以获得快速的调节效果，控制精度高、响应速度快、抗干扰能力强。

（3）对于新型单级逆变器进行的PR调节器，自抗扰分别进行对开环以及闭环下抵抗输入侧脉动，电压跳变仿真验证，分析验证了自抗扰在逆变器的闭环控制策略中的稳定性，准确性，快速性。

关键字：单级非隔离Buck-Boost逆变器，宽电压范围，无电解电容，自抗扰控制

Design of Auto-disturbance Control for Single-stage Buck-Boost Inverter

Abstract

In the medium and small power generation system, the traditional voltage source inverter can not realize the ability to increase and reduce the voltage. moreover, for the pulsation of the input side, the traditional inverter must add large capacity capacitance on the dc side, which leads to the problem of too large volume, low efficiency and low reliability of the system. Therefore, the research of the new inverter meets the needs of the development of the present era, and the ADRC strategy is designed for the interference and uncertainty widely existing in the control system and the influence on the output results of the system.

A single-stage Buck-Boost inverter studied in this paper is a new inverter topology with the ability of up-and-down voltage conversion. compared with the large electrolytic capacitance of the traditional inverter, the new inverter does not contain electrolytic capacitance and has a strong resistance to the pulsating voltage with wide range input. therefore, it does not large filter capacitance on the input side. it has the advantages of low cost, long service life, high reliability and high output power quality of inverter circuit, which meets the requirements of small and medium power photovoltaic power generation system. At first, this paper introduces the working principle of the inverter under the current intermittent mode, establishes its mathematical model, sets up the closed-loop PR regulator and sets it up

（1）The working principle of the DCM circuit is analyzed in detail. A new type of single-stage non-isolated Buck-Boost inverter with load model is built under DCM. The transfer function is derived and the parameters of PR regulator are designed.

（2） the ADRC core idea, basic principle, basic design process and parameter tuning method are analyzed in detail; the ADRC core ESO( extended state observer) can observe the signal output of the system and collect the internal disturbance and external disturbance of the control system into the total disturbance of the system. by compensating the control signal, the control system is transformed into an integral series system by nonlinear control strategy. using different control gain in different intervals, the control effect can be obtained quickly. the control accuracy is high, the response speed is fast, and the anti-interference ability is strong.

（3） For the PR regulator of the new single-stage inverter, the self-disturbance is verified by simulation of open-loop and closed-loop resistance to input-side pulse and voltage-hopping respectively. The stability, accuracy and rapidity of the self-disturbance resistance in the closed-loop control strategy of the inverter are analyzed and verified.

Key words: Single stage non-isolated Buck-Boost inverter, wide voltage range, no electrolytic capacitance, ADRC

目录

第一章 绪论 1

1.1光伏逆变器国内外研究现状 2

1.2 新型单级Buck-Boost 逆变器概述 3

1.3自抗扰控制技术 3

1.4研究的基本内容和目的 4

第二章 单级非隔离Buck-Boost逆变器 5

2.1单机非隔离Buck-Boost逆变器拓扑结构 5

2.2电感电流断续模式的工作原理 5

2.3电路调制方式分析 8

2.4新型单级逆变器的数学模型建立 9

2.5本章小结 10

第三章 单级Buck-Boost逆变器的PR闭环调节器 11

3.1 PR闭环调节器的控制结构 11

3.2 PR调节器参数设计 11

3.3开环仿真电路 13

3.3.1开环仿真实验 14

3.3.2开环抵抗脉动电压仿真 15

3.3.3闭环抵抗脉动仿真 18

3.4 本章小结 20

第四章 基于自抗扰控制的闭环设计 21

4.1自抗扰控制器组成 21

4.2自抗扰控制算法 22

4.4自抗扰控制抵抗输入脉动仿真 26

4.5本章小结 27

第五章 实验结果分析 28

5.1开环实验 28

5.1.1单级非隔离Buck-Boost逆变器升降压能力 28

5.1.2单级非隔离Buck-Boost逆变器无电解电容化 29

5.2闭环实验 30

5.2.1 PR闭环调节器下的抵抗脉动仿真 30

5.2.2自抗扰控制下的抵抗输入脉动仿真 31

5.2.3自抗扰闭环控制抵抗电压突变仿真 31

5.2.4自抗扰闭环调节和PR调节器闭环控制分析 32

结论 34

参考文献 35

致谢 38

第一章 绪论

随着新的工业革命的到来，以光伏为主的新式清洁能源、分布式发电，智能坚强电网等技术正全面发展。为了应对能源逐渐枯竭的现状，未来社会将打造全新的能源结构，实现对光伏发电以及其他多种清洁能源的集中运营管理，提高新型能源的利用率和高效的管理技术，进入低碳环保的社会阶段，因此，光伏发电的发展有巨大的前景。

光伏电池输出的电能为直流电能，并且含有脉动电压，则需要将光伏电池的输出电能并网运行。光伏发电系统若想供电给用户使用，必须先转换成交流电能其次，交流电能必须符合负载工作需求，频率稳定在Hz,电压220。因此，对于光伏发电系统而言，具有良好的逆变性能的逆变器是极其重要的。逆变器的工作性能的好坏直接决定了逆变电能质量的好坏，因此对于光伏发电等中小功率发电系统，该逆变器需要具备以下特性：

（1）要求具有较高的效率。光伏发电本身转换效率并不高，因此，对于系统能量的传递效率有很高的要求，为了尽可能的将光伏板电能更多的实现并网运行，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。
(2)要求具有较高的可靠性。光伏发电系统本身需要占据比较大的地理面积，因此，光伏发电系统主要在边远地区，受地理环境等其他因素的影响，需要逆变器具有自我保护隔离的功能，需要合理严格的电路拓扑结构，电路中合适的元器件使得逆变器具有稳定，保护功能。
(3)要求输入电压有较宽的适应范围。在光伏发电系统中，系统输出强度是受负载和日照强度的影响，由于外界环境的变换，逆变器输出也随之发生波动，所以，对于逆变器来说，需要能够抵抗输入侧的脉动电压的变化，来保证负载正常工作。

请支付后下载全文，论文总字数：22251字