基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法技术

技术编号:15648184 阅读:98 留言:0更新日期:2017-06-17 00:47
本发明专利技术涉及一种基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法,包括以下步骤:S1:基于虚拟同步发电机技术,根据逆变器侧输出电压、逆变器侧输出电流和并网电压,获取相位角和虚拟同步发电机电势;S2:基于比例积分控制的电压反馈环,由步骤S1获得的虚拟同步发电机电势和采集的滤波电容电压,获取电流环参考电流;S3:基于模糊控制和比例积分控制的电流反馈环,由步骤S2获得的电流环参考电流和采集的滤波电容电流,获取三相调制波;S4:将三相调制波与载波比较得到六个开关信号,控制逆变器的关断和导通。与现有技术相比,本发明专利技术能够在保证系统稳定的前提下,提高系统达到稳定的速度,使系统具有更好的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法
本专利技术涉及逆变器控制领域,尤其是涉及一种基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法。
技术介绍
随着经济的快速发展,全球能源危机和环境问题的日益加强。同时,煤、石油等传统能源对环境的污染加重,因此,针对新能源合理应用的分布式发电得到越来越多的关注。由于大多数分布式能源都要通过逆变器接入电网,所以逆变器控制技术的研究显得尤为重要。伴随着更多的控制方法的研究与应用,一些更为先进的控制策略被逐步应用在系统中。其中,智能控制更是被越来越广泛的应用。虚拟同步发电机,是在基于电力电子逆变器并网的分布式发电系统中,借助配备的储能环节,并采用适当的并网逆变器控制算法,使基于并网逆变器的分布式电源从外特性上模拟或部分模拟出同步发电机的频率及电压控制特性,从而改善分布式系统的稳定性。从系统稳定性进行分析得出基于并网电流单环控制无法使系统稳定运行,因此提出双环控制系统。采用电容电压和电容电流双环控制,而且电压外环与电流内环都采用比例积分控制,并且电压环输出信号作为电流环的参考电流。目前,在三相逆变器并网情况下,常见的电流控制主要分为PI控制、模糊控制、专家控制等。其中对并网电流的控制研究主要集中在并网稳态控制方面。模糊控制是一种非线性控制,数学模型简单,控制灵活适应性强,而且它可以总结人的控制行为,把人的控制行为规律用模糊语言固化为模糊控制规则,从而进行控制的一种控制方式。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法,是在虚拟同步发电机基础上,对LCL滤波并网逆变器提供一种新的直接电流控制方法,该方法在传统的控制基础上,采用电容电压外环、电容电流内环的比例积分双环控制,但是在此控制基础上为了提高系统的相应速度,在电流内环中加入了模糊控制,实现对LCL滤波器并网逆变器的入网电流控制,相比原有控制方法,该方法能够在保证系统稳定的前提下,提高系统达到稳定的速度,即提高系统的响应速度,使系统具有更好的性能。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法包括以下步骤:S1:基于虚拟同步发电机技术,根据逆变器侧输出电压、逆变器侧输出电流和并网电压,获取相位角θ和虚拟同步发电机电势E;S2:基于比例积分控制的电压反馈环,由步骤S1获得的虚拟同步发电机电势E和采集的滤波电容电压uc,获取电流环参考电流S3:基于模糊控制和比例积分控制的电流反馈环,由步骤S2获得的电流环参考电流和采集的滤波电容电流ic,获取三相调制波;S4:将三相调制波与载波比较得到六个开关信号,控制逆变器的关断和导通。所述步骤S1中获取相位角θ的过程具体为:11)获取虚拟同步发电机输出的电磁功率Pe,满足以下公式:Pe=eaia+ebib+ecic式中,ea、eb、ec为三相静止坐标系下的逆变器侧输出电压,ia、ib、ic为三相静止坐标系下的逆变器侧输出电流;12)获取同步发电机的机械角速度ω,满足以下公式:式中,J为预设的虚拟同步发电机的转动惯量,t为时间,Tm为虚拟同步发电机的机械转矩,Te为虚拟同步发电机的电磁转矩,D为预设的阻尼系数,ω0为预设的电网同步角速度,Pref为并网逆变器的有功指令;13)根据同步发电机的机械角速度ω得到相位角θ。所述步骤S1中获取虚拟同步发电机电势E的过程具体为:21)获取逆变器机端输出的瞬时无功功率值Q,满足以下公式:式中,uga、ugb、ugc为三相静止坐标系下的并网电压,ia、ib、ic为三相静止坐标系下的逆变器侧输出电流;22)获取无功功率调节电势ΔEq,满足以下公式:ΔEq=Kq(Qref-Q)式中,Kq为无功调节系数,Qref为并网逆变器的无功指令;23)获取虚拟同步发电机电势E,满足以下公式:E=E0+ΔEq式中,E0为预设的虚拟同步发电机的空载电势。所述步骤S2具体为:步骤S1获得的虚拟同步发电机电势E与采集的滤波电容电压uc的差值输入电压外环比例积分控制器,得到电流环参考电流所述电压外环比例积分控制器的比例系数Kup取值范围为0.001-0.005,电压外环比例积分控制器的积分系数Kui取值范围为0.005-0.05。所述步骤S3具体为:301:对步骤S2获得的电流环参考电流和采集的滤波电容电流ic进行基于相位角θ的3S/2R坐标变换,坐标变换后的电流环参考电流和采集的滤波电容电流ic的差值输入模糊控制器,得到模糊电流信号;302:模糊电流信号输入电流内环比例积分控制器,得到调制信号,对调制信号进行基于相位角θ的2R/3S坐标变换,得到三相调制波。所述电流内环比例积分控制器的比例系数Kip取值范围为10-15,电流内环比例积分控制器的积分系数Kii取值范围为480-550。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:1、采用双环控制增大了系统阻尼,有效抑制了系统谐振峰值,提高了系统稳定性,相比于传统的PI控制,加入模糊控制对参数进行实时调整,提高系统的动态性能,加快系统的相应速度和稳态精度,加入模糊的控制系统具有更大的稳定裕度,且响应速度加快。2、电压反馈环采用比例积分控制,以实现电压的零稳态误差控制,同时使系统还能具有较快的动态响应性能。电压环输出为电流环参考电流,电流环采用模糊比例积分控制,以提高响应速度。3、模糊控制具有可以根据非线性系统的相应误差,进行在线参数调整,从而达到控制目的。且模糊控制不需建立复杂的数学模型,控制灵活适应性强,将控制行为规律用模糊语言固化为模糊控制规则,从而进行控制。通过仿真实验证明加入模糊控制之后的系统比未加模糊的系统反应更迅速,跟踪效果好,且达到稳定的时间短。4、本专利技术方法拥有控制精度高,响应速度快等优点,可推广到其它单相或者三相并网逆变器的控制方法当中。通过仿真实验证明使用本专利技术方法控制输出的三相并网电流符合并网电流的频率要求,且曲线光滑,无谐波能够更好的并网,且输出的三相并网电压符合并网电压的幅值和频率要求。5、本专利技术对电压外环比例积分控制器的控制参数合理设计,Kup与Kui的优选取值范围可以更好地减小超调量以及缩短反应时间,提高系统工作的稳定性,减小稳态误差。6、本专利技术对电流内环比例积分控制器的控制参数合理设计,Kip的优选取值范围可以更好地利用比例控制提高系统的稳定性,Kii的优选取值范围可以更好地利用积分控制减少电流环稳态误差,这样双环控制下具有动态响应快、误差小的特点。附图说明图1为本专利技术方法应用的系统结构示意图;图2为本专利技术方法控制原理框图;图3为虚拟同步发电机工作原理图;图4为仿真实验中电流内环伯德图;图5为仿真实验中电压外环伯德图;图6为仿真实验中加入模糊控制前后的A相入网电流比较图;图7为仿真实验中使用本专利技术方法后的三相入网电流图;图8为仿真实验中使用本专利技术方法后的三相并网电压图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示,并网逆变器系统包括依次连接的直流输入电压源Udc、三相逆变器(开关管Q1-Q6)和LCL滤波器(逆变侧电感L1、滤波电容C和负本文档来自技高网...
基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法

【技术保护点】
一种基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:基于虚拟同步发电机技术,根据逆变器侧输出电压、逆变器侧输出电流和并网电压,获取相位角θ和虚拟同步发电机电势E;S2:基于比例积分控制的电压反馈环,由步骤S1获得的虚拟同步发电机电势E和采集的滤波电容电压u

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:基于虚拟同步发电机技术,根据逆变器侧输出电压、逆变器侧输出电流和并网电压,获取相位角θ和虚拟同步发电机电势E;S2:基于比例积分控制的电压反馈环,由步骤S1获得的虚拟同步发电机电势E和采集的滤波电容电压uc,获取电流环参考电流S3:基于模糊控制和比例积分控制的电流反馈环,由步骤S2获得的电流环参考电流和采集的滤波电容电流ic,获取三相调制波;S4:将三相调制波与载波比较得到六个开关信号,控制逆变器的关断和导通。2.根据权利要求1所述的基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法,其特征在于,所述步骤S1中获取相位角θ的过程具体为:11)获取虚拟同步发电机输出的电磁功率Pe,满足以下公式:Pe=eaia+ebib+ecic式中,ea、eb、ec为三相静止坐标系下的逆变器侧输出电压,ia、ib、ic为三相静止坐标系下的逆变器侧输出电流;12)获取同步发电机的机械角速度ω,满足以下公式:式中,J为预设的虚拟同步发电机的转动惯量,t为时间,Tm为虚拟同步发电机的机械转矩,Te为虚拟同步发电机的电磁转矩,D为预设的阻尼系数,ω0为预设的电网同步角速度,Pref为并网逆变器的有功指令;13)根据同步发电机的机械角速度ω得到相位角θ。3.根据权利要求1所述的基于模糊控制和虚拟同步发电机的逆变器并网控制方法,其特征在于,所述步骤S1中获取虚拟同步发电机电势E的过程具体为:21)获取逆变器机端输出的瞬时无功功率值Q,满足以下公式:

【专利技术属性】
技术研发人员:杨旭红薛冰
申请(专利权)人:上海电力学院
类型:发明
国别省市:上海,31

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