LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法技术

LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法，属于并网逆变器的电流控制技术领域。本发明专利技术是为了解决现有LCL并网逆变器控制中以假设H2范数有界来消除系统输出的非匹配不确定性的影响，不符合实际系统状况的问题。它首先获得逆变器系统的状态空间方程，再将状态空间方程变形，再通过等功率变换至αβ坐标系下，最后获得矢量形式方程；基于此，对电流内环全阶滑模虚拟控制包括以下步骤：步骤一、通过控制虚拟控制信号使电流误差的值强制输出为0；再根据uαβ＝udcdαβ，将uαβ作为实际控制信号，通过控制实际控制信号uαβ，使电压误差ΔuCαβ的值强制输出为0，从而实现对入网电流的控制，并满足并网要求。本发明专利技术用于并网逆变器电流内环的控制。

Full-Order Sliding Mode Virtual Control Method for Current Inner Ring of LCL Grid-connected Inverter

The full-order sliding mode virtual control method of the current inner loop of the LCL grid-connected inverter belongs to the field of current control technology of the grid-connected inverter. The invention aims to solve the problem that the non-matching uncertainties of the system output are eliminated by assuming that the H2 norm is bounded in the control of the existing LCL grid-connected inverters, which does not conform to the actual system conditions. Firstly, it obtains the state space equation of the inverter system, then transforms the state space equation into the alpha-beta coordinate system by equal power transformation, and finally obtains the vector form equation. Based on this, the full-order sliding mode virtual control of the inner current loop includes the following steps: first, forcing the value of the current error to zero by controlling the virtual control signal; and then according to u alpha-bet=udcd alpha-bet, By controlling the actual control signal U alpha beta, the value of voltage error uC alpha beta is forcibly output to 0, thus realizing the control of inbound current and meeting the requirements of grid connection. The invention is used for the control of the current inner loop of the grid-connected inverter.

【技术实现步骤摘要】
LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法
本专利技术涉及LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法，属于并网逆变器的电流控制

技术介绍
随着高频PWM调制技术在并网逆变器系统中得到广泛应用，大量的高次谐波电流流向电网，给电网的稳定运行带来不利影响；为此，需要在逆变器-电网级联系统接口处加入滤波环节，以滤除高次谐波电流。但是，如果采用单电感滤波器，为了提高对电流纹波的抑制能力，需要加大电感量取值。同时，随着功率等级的提升，使用的电感体积会有所增大，系统功率密度则会降低，并带来较大的损耗。对比逆变器并网接口采用的一阶L型滤波器，三阶LCL型滤波器衰减高次谐波的能力更强，可以保证在实现相同滤波效果的同时，大大减小总的电感值，特别适用于具有较低开关频率的大功率场合。然而LCL型滤波器的三阶特性使其本身具有高频谐振现象，需要控制器的结构更加复杂。并且由于所有这些电感器和电阻器在制造中不完全相同，由于老化或温度又存在变化，即存在着参数不确定的问题，在对系统建模时又必须考虑到这些不确定性。滑模变结构控制由于具有响应快，控制精度高，鲁棒性强等特点，被广泛应用于参数具有不确定和外部存在干扰的非线性系统控制中。其中不确定系统一直是控制领域的研究热点。一般将系统的不确定性分为满足匹配条件的不确定性和不满足匹配条件的不确定性两种情况。满足匹配条件的不确定性作用于控制输入通道，控制的设计相对简单，通常可以设置合适的控制器直接补偿系统中匹配的不确定性。然而，在许多实际系统中，系统的不确定性很难全部满足匹配条件。一般的风力发电系统中采用的背靠背的双PWM系统，为了提高效率并降低设备成本，其网侧逆变器(GSC)采用LCL滤波器进行滤波。在实际应用中必须考虑GSC模型中的一些参数变化，在这些变化的参数中，主要考虑其中的两个：一个是与电感相关联的参数变化；由于电感器直接连接到电网，除了由于老化和饱和效应引起的电感减少之外，电网也能影响电感参数；另一个是与寿命相关的电容相关联参数变化。参数的变化所引起的扰动对整个LCL滤波器来说是一种非匹配的扰动。这对具有不匹配的不确定性的系统的控制是一个挑战，引起研究人员的极大关注。目前，已经提出了许多控制方法，例如基于LMI的方法，自适应方法，基于模糊逻辑的SMC方法和动态输出反馈控制。然而，在这些方法中考虑的系统的非匹配不确定性必须是假设H2范数有界，即不满足匹配条件的不确定性必须用时间的推移消失。可是，对于不匹配的不确定性，这种假设对于实际系统来说是不合理的，因为许多系统中的不满足匹配条件的不确定性不能满足H2范数有界的条件。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有LCL并网逆变器控制中以假设H2范数有界来消除系统输出的非匹配不确定性的影响，不符合实际系统状况的问题，提供了一种LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法。本专利技术所述LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法，首先，根据电网电压的三相电压源模型获得逆变器系统的状态空间方程：其中，iLk为逆变器侧电流，RLk为逆变器侧每个滤波电感器的寄生电阻，Lfk为逆变器侧每个滤波电感器的电感，uCK为滤波电容器电压，将uCk作为虚拟控制信号；udc为直流稳压电源，dk为逆变器中开关管的开关函数；igk为入网电流，Rgk为每个网侧电感器的寄生电阻，Lgk为每个网侧电感器的电感，ugk为电网相电压矢量瞬时值；Cfk为滤波电容器电容，RCk为每个滤波电容器的寄生电阻；将逆变器系统的状态空间方程进行处理，获得变形后的状态空间方程：变形后的状态空间方程中所有变量的下标省略k；再将变形后的状态空间方程通过等功率变换至αβ坐标系下：式中带角标αβ的各变量表示该变量在αβ坐标系中的相应值；其中T为abc坐标系到αβ坐标系的转换矩阵，变换矩阵为：Xαβ＝TXabc，P为αβ坐标系到abc坐标系的转换矩阵，变换矩阵为：Xabc＝PXαβ；具体为：再将变形后的状态空间方程变形为矢量形式方程：其中uC＝[uCa，uCb，uCc]T，iL＝[iLa，iLb，iLc]T，ig＝[iga，igb，igc]T，d＝[da，db，dc]T；Lf＝[Lfa，Lfb，Lfc]T，RL＝[RLa，RLb，RLc]T，Lg＝[Lga，Lgb，Lgc]T，Rg＝Rga，Rgb，Rgc]T，RC＝[RCa，RCb，RCc]T，Cf＝[Cfa，Cfb，Cfc]T；式中，γg为与网侧电感器相关的不确定性；Δfg为网侧电感器和网侧电感器寄生电阻相关的不确定性；γC为逆变器侧电感器和滤波电容器寄生电阻相关的不确定性；ρC为与网侧电感器及其寄生电阻、逆变器侧电感器及其寄生电阻、滤波电容器及其寄生电阻均相关的不确定性；四个不确定性分别表示为：式中，ΔLg为网侧电感器参数的不确定性；ΔRg为网侧电感器寄生电阻参数的不确定性；ΔCf为滤波电容器参数的不确定性；ΔLf为逆变器侧电感器参数的不确定性；ΔRc为滤波电容器寄生参数的不确定性；ΔRL为逆变器侧电感器寄生电阻参数的不确定性；以上不确定性设定满足以下条件：||γg||≤κg，||γC||≤κC，其中，κg，κC，Fg，Dg，FC，DC依次为设计参数||γg||，||γC||，||Δfg||，||ρC||，的不确定性上界，所有的上界均为正数；其中φg1，φg2，φC0，φC1，φC2，φC3，φC4分别为预设的正常数；基于此，对电流内环全阶滑模虚拟控制包括以下步骤：步骤一、通过控制虚拟控制信号uC使电流误差Δigαβ的值强制输出为0：步骤二、根据uαβ＝udcdαβ确定，控制信号为αβ坐标系下的dαβ，使udc在预设时间段内为常数，从而将uαβ作为实际控制信号；通过控制实际控制信号uαβ，使电压误差ΔuCαβ的值强制输出为0：其中从而实现对入网电流的控制，并满足并网要求。本专利技术的优点：本专利技术针对风电系统中LCL并网逆变器的三阶控制及模型参数未知的难题，考虑了在LCL并网逆变器三阶模型的基础上结合其中的电感、电阻含有参数不确定情形下，采用虚拟控制的思想并结合全阶无抖振滑模控制，对LCL并网逆变器进行控制。本专利技术采用全阶终端滑模控制器来实现控制目标。采用虚拟控制信号用于建立系统部分状态的参考，这能够消除系统输出上非匹配不确定性的影响。并将这种方法应用于LCL并网逆变器电流内环的控制中，实现控制入网电流与其参考值的误差输出为0的目标，最终达到单位功率因数为1的并网要求。附图说明图1是带LCL滤波器的三相电压源并网逆变器结构示意图；图2是LCL网侧逆变器系统模型控制框图；图3是网侧逆变器的仿真结果示意图；图中P为并网逆变器输出的有功功率，Q为并网逆变器输出的无功功率；图4是电流控制器的仿真结果示意图；图5是电阻值变化情况下的仿真结果示意图；图6是电容值变化时的仿真结果示意图；图7是三个滤波电感值变化情况下的仿真结果示意图；图8是当电阻和电器全部变化时的仿真结果示意图。具体实施方式下面结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法：一般的风力发电系统中都采用背靠背的双PWM系统，为了提高效率并降低设备成本，网侧逆变器(GSC)采用LCL滤波器。在实际应用中必须考虑GSC模型中的一些参数变化，在这些参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法，其特征在于，首先，根据电网电压的三相电压源模型获得逆变器系统的状态空间方程：

【技术特征摘要】
1.一种LCL并网逆变器电流内环全阶滑模虚拟控制方法，其特征在于，首先，根据电网电压的三相电压源模型获得逆变器系统的状态空间方程：其中，iLk为逆变器侧电流，RLk为逆变器侧每个滤波电感器的寄生电阻，Lfk为逆变器侧每个滤波电感器的电感，uCk为滤波电容器电压，将uCk作为虚拟控制信号；udc为直流稳压电源，dk为逆变器中开关管的开关函数；igk为入网电流，Rgk为每个网侧电感器的寄生电阻，Lgk为每个网侧电感器的电感，ugk为电网相电压矢量瞬时值；Cfk为滤波电容器电容，RCk为每个滤波电容器的寄生电阻；将逆变器系统的状态空间方程进行处理，获得变形后的状态空间方程：变形后的状态空间方程中所有变量的下标省略k；再将变形后的状态空间方程通过等功率变换至αβ坐标系下：式中带角标αβ的各变量表示该变量在αβ坐标系中的相应值；其中T为abc坐标系到αβ坐标系的转换矩阵，变换矩阵为：Xαβ＝TXabc，P为αβ坐标系到abc坐标系的转换矩阵，变换矩阵为：Xabc＝PXαβ；具体为：再将变形后的状态空间方程变形为矢量形式方程：其中uC＝[uCa，uCb，uCc]T，iL＝[iLa，iLb，iLc]T，ig＝[iga，igb，igc]T，d＝[da，db，dc]T；Lf＝[Lfa，Lfb，Lfc]T，RL＝[RLa，RLb，RLc]T，Lg＝[Lga，Lgb，Lgc]T，Rg＝[Rga，Rgb，Rgc]T，RC＝[RCa，RCb，RCc]T，Cf＝[Cfa，Cfb，Cfc]T；式中，γg为与网侧电感器相关的不确定性；Δfg为网侧电感器和网侧电感器寄生电阻相关的不确定性；γC为逆变器侧电感器和滤波电容器寄生电阻相关的不确定性；ρC为与网侧电感器及其寄生电阻、逆变器侧电感器及其寄生电阻、滤波电容器及其寄生电阻均相关的不确定性；四个不确定性分别表示为：式中，ΔLg为网侧电感器参数的不确定性；ΔRg为网侧电感器寄生电阻参数的不确定性；ΔCf为滤波电容器参数的不确定性；ΔLf为逆变器侧电感器参数的不确定性；ΔRc为滤波电容器寄生参数的不确定性；ΔRL为逆变器侧电感器寄生电阻参数的不确定性；以上不确定性设定满足以下条件：||γg|≤κg，||γC||≤κC，其中，κg，κC，Fg，Dg，FC，DC依次为设计参数||γg||，||γC||，||Δfg||，||ρC||，的不确定性上界，所有的上界均为正数；其中φC0，φC1，φC2，φC3，φC4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪梅，陈若博，冯勇，曹瀚楠，庞松楠，李鑫，侯丽珺，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23