一种光伏并网逆变器控制方法技术

技术编号:12984283 阅读:233 留言:0更新日期:2016-03-04 04:30
本发明专利技术公开了一种光伏并网逆变器控制方法,包括以下步骤,步骤一,根据电路定理和状态空间平均法建立逆变器数学模型;步骤二,设计逆变器控制器。本发明专利技术所述的逆变器控制方法能够满足鲁棒性、稳定性和快速性的要求,当系统环境发生突变时,控制算法能可靠工作,使得光伏逆变器输出稳定的正弦交流电压。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏并网逆变器控制方法
本专利技术涉及一种光伏并网逆变器控制方法,具体涉及一种采用模型参考自适应和反演全局快速终端滑模混合算法的光伏并网逆变器控制方法,属于控制系统

技术介绍
小型光伏并网系统通常采用两级式高频不带隔离变压器的电路拓扑结构。即前级采用Boost电路实现DC-DC变换,后级采用高频逆变器实现DC-AC变换。在Boost电路中通过最大功率点跟踪MaximunPowerPointTracking(MPPT)控制,提高发电能力。近年来,光伏系统并网发电得到快速发展。但是光伏发电本身具有不稳定性的特点,其并网电能的质量和发电效率受外界环境温度、光照强度、系统结构参数不确定性和外界干扰等多种因素的影响,因而有效的逆变器控制算法是解决光伏系统并网问题的关键。传统的滞环比较逆变器控制方法不能有效处理系统不确定性和扰动问题,从控制机理上就存在抖振现象,当系统环境突变时自动跟踪性能较差;而普通滑模控制方法无法保证系统在有限时间内收敛到滑模面,渐进收敛的速度较慢。
技术实现思路
为了解决上述技术问题,本专利技术提供了一种光伏并网逆变器控制方法。为了达到上述目的,本专利技术所采用的技术方案是:一种光伏并网逆变器控制方法,包括以下步骤,步骤一,根据电路定理和状态空间平均法建立逆变器数学模型;其中,状态变量vac为逆变器交流侧输出电压,vdc逆变器直流侧电压,Cac和Lac分别为逆变器交流侧电容和电感,RL为电网负载,D为逆变器占空比,为干扰项,为外界干扰,Δ1和Δ2分别为由电容和电感的参数引起的误差项;步骤二,设计逆变器控制器;A1)构造虚拟控制函数;定义控制目标为逆变器交流侧输出电压vac,参考电压为电网工频正弦交流电压令跟踪偏差则则虚拟控制函数为,其中,c1为一个大于零的实数;A2)选取Lyapunov函数,V1的导数为,如果e2=0,那么所以需要设计新的Lyapunov函数;A3)定义滑模面为,其中,α,β是滑模面常数,p1,p2为正奇数,且p1>p2;将虚拟控制函数和跟踪偏差代入可得,则A4)加入模型参考自适应控制,设计新的Lyapunov函数;根据干扰项的性质,假设自适应控制律设计按照下式进行,其中,正常数m0,m1和m2为自适应增益,和分别是b0,b1和b2的估计值,b0,b1,b2为正的未知参数;新的Lyapunov函数为,其中,i=0、1、2,是b0,b1,b2的估计误差;新的Lyapunov函数求导可得,A5)采用模型参考自适应和反演全局快速终端滑模混合算法的控制律为,其中,所述逆变器所在的单相光伏并网发电系统结构为两级式高频不隔离并网电路。所述逆变器结构为全桥电压型逆变器。通过在逆变器控制器中设计边界层,来降低滑模控制的抖振现象。通过设置p1,p2的范围满足全局快速终端滑模非奇异的要求。本专利技术所达到的有益效果:1、本专利技术所述的逆变器控制方法能够满足鲁棒性、稳定性和快速性的要求,当系统环境发生突变时,控制算法能可靠工作,使得光伏逆变器输出稳定的正弦交流电压;2、本专利技术采用模型参考自适应控制进行控制率设计,达到自动跟踪扰动的目的;3、本专利技术满足逆变器动态响应的要求,使得控制具有鲁棒性;4、本专利技术的反演控制把系统分解为降阶的子系统,为子系统设计Lyapunov函数和虚拟控制函数保证控制稳定性;5、本专利技术的全局快速终端滑模控制提高系统收敛速度,对可能出现的奇异问题通过参数设计进行避免。附图说明图1为单相光伏并网发电系统结构图。图2为S1、S4导通时的电路。图3为逆变器控制器设计结构图。图4为标准工作状态下逆变器输出电压与参考并网电压对比图。图5为光照和温度变化图。图6为光照和温度变化下的逆变器输出波形图。其中,图1中CPV和LPV分别为光伏电池侧电容和电感,vPV和iPV分别光伏电池侧电压和电流,S为Boost电路的开关管,Cdc为Boost电路升压输出侧电容,vdc和idc分别为逆变器直流侧电压和电流,S1~S4为逆变器开关管,Cac和Lac分别为逆变器交流侧电容和电感,vac为逆变器交流侧输出电压,iL为电网负载电流,RL为电网负载,vac*为并网参考电压。图3中为并网参考电压一阶导数,为逆变器交流侧输出电压一阶导数,e1为跟踪偏差,e2为虚拟控制函数,c1,c2为大于零的实数,α,β为滑模面常数,p1,p2为正奇数,sc为滑模面,δ为边界层厚,为未知参数估计值,m0,m1,m2为自适应增益,D1为逆变器占空比阶段值,D为逆变器占空比。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案,而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示,一种光伏并网逆变器控制方法,包括以下步骤:步骤一,根据电路定理和状态空间平均法建立逆变器数学模型。逆变器所在的单相光伏并网发电系统结构为两级式高频不隔离并网电路,具体如图1所示,由光伏阵列、Boost升压电路(即DC-DC电路)、逆变电路(DC-AC电路)和负载组成。前级Boost电路,通过对PWM(脉冲宽度调制)控制实现MPPT和DC-DC升压变换;后级为逆变器,通过PWM控制开关管的导通和截断,实现DC-AC变换,提供符合标准的交流电能并网。这种电路在逆变器结构中省去了的工频变压器,因而具有效率高、重量轻的优点,在小功率分布式光伏发电系统中得到广泛应用。逆变器结构为全桥电压型逆变器,如图1中DC-AC部分所示,设S1~S4为理想开关管,一个周期内S1、S4导通的时间占周期的比例为D,S2、S3导通的时间占周期的比例为1-D。S1、S4导通时的电路如图2所示,根据电路定理可知,其中,iac逆变器交流侧输出电流;同理可知当S2、S3导通时有,根据状态空间平均法,则一个周期内逆变器的数学模型可以描述为(1)式×D+(2)式×1-D,即,对求导可得,把带入(4)后得,令状态变量对逆变器建立状态方程如下,考虑到实际应用中逆变器会受到参数不确定性、外界因素的干扰,加入干扰项的方程为,式中,Δ1和Δ2分别为由电容和电感的参数引起的误差项,为干扰项,为外界干扰,则(7)式变为(8)式即为考虑到系统结构参数不确定性和外界干扰项的逆变器数学模型。步骤二,设计逆变器控制器。根据光伏电池的物理特性可知,光照强度和环境温度的改变会对电池输出vPV、iPV产生影响,从而影响升压电路vdc的输出。由公式(8)可知,vdc和φ(t)的变化会引起状态变量x1的波动。故提出对光伏逆变器采用模型参考自适应控制和反演全局快速终端滑模控制,达到逆变器自动跟踪外界扰动,削弱抖振的目的。控制器设计结构图如图3所示,设计思路如下:首先根据被控对象的性质,设计一个被控对象的参考模型,要求该参考模型能够跟踪上被控对象的动态响应;其次,如果被控对象参数未知或存在的未知干扰,采取参数估计值取代系统中的未知参数,其中参数估计值根据设计的自适应控制律动态调整;然后,采用反演全局快速终端滑模控制,构造出包含跟踪误差和参数估计误差的Lyapunov方程,再基于Lyapunov稳定性理论设计出控制器的控制律。当被控对象与参考模型之间存在误差时,自适应律根据误差信息来修正控制器参数,使误差逐渐趋于零。反演控制将系统分解为不超过系统阶数的子系统,为每个子系统设计Lyapunov函本文档来自技高网...
一种光伏并网逆变器控制方法

【技术保护点】
一种光伏并网逆变器控制方法,其特征在于:包括以下步骤,步骤一,根据电路定理和状态空间平均法建立逆变器数学模型;dx1dt=x2dx2dt=-1RLCacx2-1LacCacx1+2D-1LacCacvdc+φ(t)]]>其中,状态变量x1=vacx2=v·ac,]]>vac为逆变器交流侧电压,vdc逆变器直流侧电压,Cac和Lac分别为逆变器交流侧电容和电感,RL为电网负载,D为逆变器占空比,为干扰项,为外界干扰,Δ1和Δ2分别为由电容和电感的参数引起的误差项;步骤二,设计逆变器控制器;A1)构造虚拟控制函数;定义控制目标为逆变器交流侧输出电压vac,并网参考电压vac*为电网工频正弦交流电压,令跟踪偏差e1=vac‑vac*,则则虚拟控制函数为,e2=x2+c1e1-v·ac*]]>其中,c1为一个大于零的实数;A2)选取Lyapunov函数,V1=12e12]]>V1的导数为,V·1=-c1e12+e1e2]]>如果e2=0,那么所以需要设计新的Lyapunov函数;A3)定义滑模面为,sc=e2+αe1+βe1p2/p1]]>其中,α,β是滑模面常数,p1,p2为正奇数,且p1>p2;将虚拟控制函数和跟踪偏差代入可得,sc=e·1+(c1+α)e1+βe1p2/p1]]>则s·c=-1RLCacx21LacCacx1+2D-1LacCacvdc+φ(t)-v··ac*+(c1+α)e·1+p2p1βe1p2p1-1e·1;]]>A4)加入模型参考自适应控制,设计新的Lyapunov函数;根据干扰项的性质,假设|φ(t)|<b2|x2|+b1|x1|+b0=b0+b1|vac|+b2|v·ac|,]]>自适应控制律设计按照下式进行,b^·0=m0|sc|b^·1=m1|sc||vac|b^·2=m2|sc||v·ac|]]>其中,正常数m0,m1和m2为自适应增益,和分别是b0,b1和b2的估计值,b0,b1,b2为正的未知参数;新的Lyapunov函数为,V2′=V1+12sc2+12Σi=02mi-1b~i2]]>其中,i=0、1、2,是b0,b1,b2的估计误差;新的Lyapunov函数求导可得,V·2′=V·1+scs·c-Σi=02mi-1b~ib^·1=-c1e12+e1e2+sc[-1RLCacx2-1LacCacx1+2D-1LacCacvdc+φ(t)+(c1+α)e·1-v··ac*+p2p1βe1p2p1-1e·1]-m0-1b~0b^·0-m1-1b~ib^·1-m2-1b~2b^·2;]]>A5)采用模型参考自适应和反演全局快速终端滑模混合算法的控制律为,D=12{1+LacCacudc[1RLCacx2+1LacCacx1+D1-(c1+α)e·1+v··ac*-c2sc-sc|sc|2e1e2-p2p1βe1p2p1-1e·1]}]]>其中,D1=-sgn(sc)(b^0+b^1|vac|+b^2|v·ac|)=-sc|sc|(b^0+b^1|vac|+b^2|v·ac|).]]>...

【技术特征摘要】
1.一种光伏并网逆变器控制方法,其特征在于:包括以下步骤,步骤一,根据电路定理和状态空间平均法建立逆变器数学模型;其中,状态变量vac为逆变器交流侧输出电压,vdc为逆变器直流侧电压,Cac和Lac分别为逆变器交流侧电容和电感,RL为电网负载,D为逆变器占空比,为干扰项,为外界干扰,Δ1和Δ2分别为由电容和电感的参数引起的误差项;步骤二,设计逆变器控制器;A1)构造虚拟控制函数;定义控制目标为逆变器交流侧输出电压vac,并网参考电压vac*为电网工频正弦交流电压,令跟踪偏差e1=vac-vac*,则则虚拟控制函数为,其中,c1为一个大于零的实数;A2)选取Lyapunov函数,V1的导数为,如果e2=0,那么所以需要设计新的Lyapunov函数;A3)定义滑模面为,其中,α,β是滑模面常数,p1,p2为正奇数,且p1>p2;将虚拟控制函数和跟踪偏差代入可得,则A4)加入模型参考自适应控制,设计新的Lyapunov函数;根据干扰项的性质,假设其中,b0...

【专利技术属性】
技术研发人员:邓立华费峻涛蔡昌春刘娟
申请(专利权)人:河海大学常州校区
类型:发明
国别省市:江苏;32

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