基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法，能够应用于微电网对负荷波动的平抑，消除高次谐波污染，从而增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏并网电流的电能质量。本发明专利技术基于静止αβ坐标系运用了状态观测器实现对逆变器负载电流的观测，并将之作为前馈加载在双环控制回路中，提高系统对负载波动的动态响应性能。控制回路采用多重PR控制器，实现对正弦信号的跟踪以及对高次谐波的补偿，抑制输出信号总谐波畸变率。本发明专利技术所提出的控制策略相比于传统的基于dq0坐标系下的双环控制，对负载波动的动态响应速率更快，系统的稳定裕度更高，在多种负载情况下(平衡负载、不平衡负载以及非线性负载)总谐波畸变率更低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电网优化方法，更具体的说是涉及一种基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法。
技术介绍
随着全球能源危机与环境问题的凸显，促使以新能源和可再生能源为主要发电形式的微电网系统得到了广泛关注。研究微电网的电能质量优化控制技术，有助于提高微电网系统运行的经济性和可靠性，有助于提高系统的运行效率，有利于减少二氧化碳的排放量，也有利于提供高质量的电能服务。在微电网并网逆变器电能质量优化控制中，多以提高并网输出信号对负载端的动态响应性为目标，此外也需要通过控制策略的优化，有效的抑制谐波的干扰。能够应用于微电网对负荷波动的平抑，消除高次谐波污染，从而增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏并网电流的电能质量。现有的优化控制方法中主要采用传感器来实现观测，而传感器需要在精确无信号、噪声干扰的环境下，而在实际工程中无法保证，因而现有的控制方法使用范围小、成本高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种使用范围广，成本低廉，能够有效平抑负荷波动，消除高次谐波污染，从而增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏并网电流的电能质量的基于状态观测器的微电网逆变器双环优化控制方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法，包括如下步骤：步骤一，先给定三相逆变器参数，构建三相逆变器的数学模型，并根据该数学>模型判断给定的三相逆变器参数的合理性；步骤二，采样反馈信号和进行坐标变换，其中采样反馈信号是采用状态观测器实时观测出负载电流以及采样系统运行反馈信号，坐标变换是将步骤一中数学模型的静止的abc坐标系变换为静止的αβ坐标系；步骤三，将状态观测器采样到的负载电流和系统运行反馈信号输入到电压电流双环控制系统内，生成逆变器控制指令控制逆变器工作，逆变器工作后输出负载电流和系统运行反馈信号，并返回步骤二。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤三中的电压电流双环控制系统内的控制回路，以平抑高次谐波为目标，其内采用多种PR控制器，用以调节输出信号高次谐波含量。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤一中构建的三相逆变器的数学模型如下：vabc-uabc=Ldiabcdt+Riabc;]]>Cduabcdt=iabc-ilabc;]]>式中，iabc为滤波电感电流，uabc为电容两端电压，ilabc为负载电流，Vabc为逆变器的输出电压，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小线元素。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤二中的坐标系变换是通过Clark变换公式变换到αβ坐标系下的，变换后的模型如下：vαβ-uαβ=Ldiαβdt+Riαβ;]]>Cduαβdt=iαβ-ilαβ;]]>式中：iαβ＝[iαiβ]T；uαβ＝[uαuβ]T；ilαβ＝[ilαilβ]；vαβ＝[vαvβ]T；iα和iβ为坐标变换后的滤波电感电流，uα和uβ为坐标变换后的并联电容端电压，vα和vβ为坐标变换后的逆变器出口电压，T为转置矩阵，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小线元素。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤二中的采用状态观测器观测出负载电流的观测方程如下：Uc.=1C[I0-Ild^]-h1[Uc^-Uc]Ild^.=-h2[Uc^-Uc]]]>式中：Uc是并联电容两端电压；I0和Ild分别是电感电流和负载电流；C为电容；h1、h2为状态增益矢量。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤三中的PR控制的传递函数如下：GPR(s)=KP+2Krss2+ω2;]]>式中：Kp和Kr是PR控制器的参数，Kp为比例常数，Kr为积分常数，ω为基波角频率，s为微分，GPR(s)为传递函数。作为本专利技术的进一步改进，应用本方法的优化控制系统包括逆变器、PWM调制器、电流内环、电压外环、耦接于逆变器输出端的相互串联的电感、电容和负载电流观测器，所述电流内环和电压外环均耦接于逆变器输出端和PWM调制器之间，控制PWM调制器的输出，所述负载电流观测器观测到负载电流后将负载电流作为前馈输入到电流内环和电压外环内。本专利技术的有益效果，通过步骤一的设置，就可以有效的构建出三相逆变器的数学模型，而通过步骤二的设置，就可以有效的采集到相应的反馈信号和负载电流，并且有效的将静止的abc坐标系变换为静止的αβ坐标系，如此相比于现有技术中将静止的abc坐标系变换为旋转的dq0坐标系，不需要进行解耦计算，降低了计算成本，而通过步骤三的设置，就可以有效的实现运用状态观测器观测到的负载电流作为前馈加载在电压电流双环控制系统内，提高系统对负载波动的动态响应性能，有效的增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏并网电流的电能质量。附图说明图1为本专利技术的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法的流程图；图2为本专利技术的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法的控制示意图；图3为本专利技术的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法的负载电流观测器的流程示意图；图4为状态观测器的观测效果图；图5为加载负载电流前馈前后的仿真结果对比图；图6为观测方程在连续域的模型图。具体实施方式下面将结合附图所给出的实施例对本专利技术做进一步的详述。参照图1至6所示，本实施例的一种基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法，包括如下步骤：步骤一，先给定三相逆变器参数，构建三相逆变器的数学模型，并根据该数学模型判断给定的三相逆变器参数的合理性；步骤二，采样反馈信号和进行坐标变换，其中采样反馈信号是采用状态观测器实时观测出负载电流以及采样系统运行反馈信号，坐标变换是将步骤一中数学模型的静止的abc坐标系变换为静止的αβ坐标系；步骤三，将状态观测器采样到的负载电流和系统运行反馈信号输入到电压电流双环控制系统内，生成逆变器控制指令控制逆变器工作，逆变器工作后输出负载电流和系统运行反馈信号，并返回步骤二，在控制方法运行的过程中，首先进行步骤一，结合实际确定三相逆变器结构，构建出三相逆变器的数学模型，然后分析该数学模型，然后再进入到步骤二，通过步骤二就可以有效的采样到控制反馈信号和利用状态观测器观测到负载电流，并且将静止的a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，先给定三相逆变器参数，构建三相逆变器的数学模型，并根据该数学模型判断给定的三相逆变器参数的合理性；步骤二，采样反馈信号和进行坐标变换，其中采样反馈信号是采用状态观测器实时观测出负载电流以及采样系统运行反馈信号，坐标变换是将步骤一中数学模型的静止的abc坐标系变换为静止的αβ坐标系；步骤三，将状态观测器采样到的负载电流和系统运行反馈信号输入到电压电流双环控制系统内，生成逆变器控制指令控制逆变器工作，逆变器工作后输出负载电流和系统运行反馈信号，并返回步骤二。

【技术特征摘要】
1.一种基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤一，先给定三相逆变器参数，构建三相逆变器的数学模型，并根据该数学
模型判断给定的三相逆变器参数的合理性；
步骤二，采样反馈信号和进行坐标变换，其中采样反馈信号是采用状态观测器
实时观测出负载电流以及采样系统运行反馈信号，坐标变换是将步骤一中数学
模型的静止的abc坐标系变换为静止的αβ坐标系；
步骤三，将状态观测器采样到的负载电流和系统运行反馈信号输入到电压电流
双环控制系统内，生成逆变器控制指令控制逆变器工作，逆变器工作后输出负
载电流和系统运行反馈信号，并返回步骤二。
2.根据权利要求1所述的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制
方法，其特征在于：所述步骤三中的电压电流双环控制系统内的控制回路，以
平抑高次谐波为目标，其内采用多种PR控制器，用以调节输出信号高次谐波含
量。
3.根据权利要求1或2所述的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化
控制方法，其特征在于：所述步骤一中构建的三相逆变器的数学模型如下：
vabc-uabc=Ldiabcdt+Riabc;]]>Cduabcdt=iabc-ilabc;]]>式中，iabc为滤波电感电流，uabc为电容两端电压，ilabc为负载电流，Vabc为逆变
器的输出电压，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小线元素。
4.根据权利要求3所述的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制
方法，其特征在于：所述步骤二中的坐标系变换是通过Clark变换公式变换到α

\tβ坐标系下的，变换后的模型如下：
vαβ-uαβ=Ldiαβdt+Riαβ;]]>Cduαβdt=iαβ-ilαβ;]]>式中：iαβ＝[iαiβ]T；uαβ＝[uαuβ]T；i1αβ＝[i1αi1β]T；vαβ＝[vαvβ]T；
iα和iβ为坐标变换后的滤波电感电流，uα和uβ为坐标变换后的并联电容端电
压，vα和vβ为坐标变换后的逆变器出口电压，T为转置矩阵，L为电感，C为
电容，t为时刻，d为微小线元素。
5.根据权利要求1或2所述的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化
控制方法，其特征在于：所述步骤二中的采用状态观测器观测出负载电流的观
测方程如下：
Uc.=1C[I0-Ild^]-h1[Uc^-Uc]Ild...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨康，胡浙东，李方兴，
申请(专利权)人：浙江埃菲生能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33