一种逆变器的复合控制方法技术

一种逆变器的复合控制方法，复合使用比例微分和重复控制两种既有控制方法，使逆变器的输出达到使用要求，包含以下步骤：S1、获取逆变器的拓扑结构，建立计算模型；S2、根据S1所得出的计算模型计算逆变器的传递函数P（s）；S3、根据一般PID控制原理计算系统负反馈误差E（s）；S4、构造一般负反馈PID控制器传递函数G（s）；S5、构造重复控制器传递函数H（s）；S6、用重复控制器H（s）代替PID控制器中的积分（I）控制部分。本发明专利技术的复合控制系统综合了比例微分控制器对于干扰反应迅速的优点和重复控制稳态误差小的优点；在重复控制部分引入相位补偿设计，相比单独的比例微分控制和重复控制具有更好的控制效果。

Composite control method for inverter

The composite control method of inverter, using composite proportion differential and repetitive control two control methods, so that the output of the inverter can meet the operating requirements, which comprises the following steps: S1, get the topological structure of inverter, a calculating model is established; S2, according to S1 the calculation of the transfer function model of P inverter is calculated (s S3, PID); according to the general principle of negative feedback control system to calculate the error of E (s); S4, general structure of negative feedback PID controller transfer function G (s, S5); structure of repetitive controller transfer function H (s); S6, H (s) with repetitive controller integration instead of the PID controller (I) control part. Composite control system of the invention integrates the advantages of PID controller for interference rapid response and repetitive control advantages of small steady-state error; in the repetitive control phase compensation design, compared with separate proportional differential control and repetitive control has better control effect.

【技术实现步骤摘要】
一种逆变器的复合控制方法
本专利技术涉及太阳能发电和无间断电源等系统中的逆变
，具体涉及一种逆变器的复合控制方法。
技术介绍
能源互联网是未来能源发展的方向，以电力网络为骨干网架，综合利用各种清洁能源，涵盖燃气网、热网、交通网等各种能源网络，实现能源高效利用。而太阳能的利用是能源互联网的重要能量来源，太阳能发电技术已经越来越成熟，不仅可以用于大规模的集中式光伏发电基地，对高压电力网络进行供电，也可以用于小型分布式的能源系统，实现能源的就地消纳。能源互联网中的储能系统也承担着重要的角色，电池储能在电力供应多余的时候充电储存电能，在电力供应紧张的时候放能，保证系统的稳定。在太阳能利用以及电池放电过程中，都需要直流转换交流，也就是逆变器。逆变器包括单相逆变器和三相逆变器。逆变器最基本的功能就是将直流转换成所需要的交流电压，并且保证总谐波(THD)足够小，满足负荷的需要。逆变器主要通过正弦脉宽调制技术(SPWM)实现。为了使逆变器的输出达到要求，就需要一些合适的控制方法。目前逆变器的控制方法有很多种，包括一些比较经典的控制方法比如比例积分微分控制(PID)，还有重复控制，无差拍控制，滑模变结构控制，模糊控制等。PID是比较传统的控制方法，优点是设计简单，对于外部干扰反应迅速，动态性能好，鲁棒性好，缺点是存在一定的稳态误差。重复控制是基于内模原理，能够很好的跟踪信号，理论上实现零稳态误差，缺点是对于干扰存在一定的反应延时，所以动态性能并不太好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述单独PID控制和单独重复控制的缺点，复合使用PID控制方法和重复控制方法，形成一种新的比例微分－重复控制的复合控制方法，此方法结合了两者的优点又能避免各自的缺点。一种逆变器的复合控制方法，复合使用PID控制和重复控制两种既有控制方法，使逆变器的输出达到使用要求，其特征是，包含以下步骤：S1、获取逆变器的拓扑结构，建立计算模型；S2、根据S1所得出的计算模型计算逆变器的传递函数P(s)；S3、根据一般PID控制原理计算系统负反馈误差E(s)；S4、构造一般负反馈PID控制器传递函数G(s)；S5、构造重复控制器传递函数H(s)；S6、用重复控制器H(s)代替PID控制器中的积分(I)控制部分。上述的一种逆变器的复合控制方法，其中，在步骤S6后，还包含：S7、对复合控制系统进行稳定性及误差分析，并仿真验证。上述的一种逆变器的复合控制方法，其中，所述步骤S3中，误差函数E(s)定义为：E(s)＝Ur(s)-Uo(s)其中，Uo(s)为逆变器输出电压，Ur(s)为PID控制器输入端的参考输入电压，是逆变器期望达到的一个输出为常量。E(s)是PID控制器的输入函数。上述的一种逆变器的复合控制方法，其中，所述步骤S4中的PID控制器的输入端e(t)与输出ug(t)的关系为：其中，Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数，亦即PID控制函数由比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分组成。由此可知，PID控制器的传递函数的频域表达式为：上述的一种逆变器的复合控制方法，其中，所述PID控制器参数按以下步骤确定：第一步：根据实际的逆变器传递函数，结合PID控制器的传递函数G(s)推导出实际传递函数的特征方程D(s)，从中获取主导极点；第二步：根据主导极点建立理想传递函数的特征方程Dr(s)，并求解；第三步：比较实际的特征方程D(s)＝0与目标特征方程Dr(s)＝0，得到方程组，通过求解得到PID参数Kp、Ki、Kd。上述的一种逆变器的复合控制方法，其中，所述步骤S5具体包括以下步骤：S51、在重复控制部分的正反馈支路上增加一个增益略小于1的低通滤波器Q(s)，传递函数为H’(s)，为使系统稳定，必须满足：|Q(s)|<|1+P(s)|；S52、在逆变器的前向通路上添加一个相位超前补偿器C(s)，H’(s)相应的修正为H(s)；相应地，系统稳定条件修正为：|Q(s)|<|1+P(s)*C(s)|；S53、选取C(s)的参数，对照波特图检验系统的稳定性。上述的一种逆变器的复合控制方法，其中，所述步骤S7具体包含以下步骤：S71、讨论误差E(s)与干扰D(s)之间的关系；S72、根据S71得出的关系式，提取抗干扰能力的特征方程；S73、根据S72的特征方程画出波特图，初步验证系统稳定性；S74、仿真验证系统稳定性。与现有的单一逆变器技术相比，该复合控制能够比PID控制器有更小的稳态误差，同时与重复控制器相比，它受到较大的干扰之后，能够更快地恢复到稳定的状态，并且THD也更小。附图说明图1为逆变器的电路拓扑结构图。图2为逆变器的方框图。图3为一般PID控制系统方框图。图4为重复控制系统方框图。图5为添加相位补偿器后的重复控制系统方框图。图6为比例微分－重复控制的复合控制系统方框图。图7为复合控制系统稳定性验证的波特图。图8为加入PID控制器前后的开环传递函数的波特图。图9为逆变器PID控制系统FFT分析。图10a为Q(s)和1+P(s)的波特图。图10b为Q(s)和1+P(s)*C(s)的波特图。图11为逆变器重复控制系统的输出波形的FFT分析。图12为复合控制系统的FFT分析。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。本实施例通过对如图1所示的单相逆变器网络进行说明。如图1所示，E表示直流电压源，在分布式系统里，可以是光伏太阳能板产生的直流电压源，也可以是储能电池代替的直流电源。S1到S4是四个控制开关，可以是MOSFET或者IGBT，它们构成了逆变桥。右半边部分是LC低通滤波电路，L表示滤波电感，r表示等效的电阻，C表示滤波电容，Load表示负荷，Ui是电源E经过逆变桥后产生的电压，Uo代表逆变器的输出电压。开环时Ui直接由参考电压Ur通过正弦脉宽调制技术，控制S1到S4，四个开关而产生，在闭环的时候，由参考电压Ur与输出Uo之间的误差E(s)，通过一定的控制运算后再通过正弦脉宽调制技术，控制S1到S4，四个开关而产生。输入Ui与输出Uo的在频域的关系如下：根据对图1的拓扑分析，计算出逆变器的传递函数根据式(2)可以得到图2所示的逆变器负反馈方框图。图中io是输出端接了负载之后产生的电流，设计逆变器的时候，因为没有负载的时候阻尼最小，最容易振荡，所以设计时考虑空载情况，在检验逆变器性能的时候，突加负载电流作为系统干扰。如图3所示，画出一般PID控制器的原理框图，图中Ur为参考值，Uo是输出端实际的值，P、I、D三个方框分别代表PID控制中的比例、积分、微分三个部分，P(s)代表式(2)所示的传递函数。图中的系统负反馈误差E(s)：E(s)＝Ur(s)-Uo(s)其中，Uo(s)为逆变器输出电压，Ur(s)为PID控制器输入端的参考输入电压。PID控制器的输入函数为E(s)。PID控制器的输入端和输出端在时域的函数关系为：其中，Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数，亦即PID控制函数由比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分组成；由此可知，PID控制器的传递函数的频域表达式为：根据本实施例的具体电路关系，可以计算出输出电压Uo与参考电压的Ur之间的关系式：由式(5)得到实际传递函本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变器的复合控制方法，复合使用比例微分和重复控制两种既有控制方法，使逆变器的输出达到使用要求，其特征在于，包含以下步骤：S1、获取逆变器的拓扑结构，建立计算模型；S2、根据S1所得出的计算模型计算逆变器的传递函数P(s)；S3、根据一般PID控制原理计算系统负反馈误差E(s)；S4、构造一般负反馈PID控制器传递函数G(s)；S5、构造重复控制器传递函数H(s)；S6、用重复控制器H(s)代替PID控制器中的积分(I)控制部分。

【技术特征摘要】
1.一种逆变器的复合控制方法，复合使用比例微分和重复控制两种既有控制方法，使逆变器的输出达到使用要求，其特征在于，包含以下步骤：S1、获取逆变器的拓扑结构，建立计算模型；S2、根据S1所得出的计算模型计算逆变器的传递函数P(s)；S3、根据一般PID控制原理计算系统负反馈误差E(s)；S4、构造一般负反馈PID控制器传递函数G(s)；S5、构造重复控制器传递函数H(s)；S6、用重复控制器H(s)代替PID控制器中的积分(I)控制部分。2.如权利要求1所述的一种逆变器的复合控制方法，其特征在于，在步骤S6后，还包含：S7、对复合控制系统进行稳定性及误差分析，并仿真验证。3.如权利要求1所述的一种逆变器的复合控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，误差函数E(s)定义为：E(s)＝Ur(s)-Uo(s)其中，Uo(s)为逆变器输出电压，Ur(s)为PID控制器输入端的参考输入电压。4.如权利要求1所述的一种逆变器的复合控制方法，其特征在于，所述步骤S4中的PID控制器的输入端e(t)与输出ug(t)的关系为：其中，Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数，亦即PID控制函数由比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分组成；由此可知，PID控制器的传递函数的频域表达式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正骅，闾文浩，徐文进，李少华，贾建军，严正，蒋文超，刘扬，韩冬，胡佳怡，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31