一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤一：建立系统的状态空间方程；步骤二：通过系统的状态空间方程，设计信号跟踪系统；步骤三：对构成的信号跟踪系统进行优化设计，并给出故障矩阵形式，进行分析；步骤四：通过对故障矩阵分析，分两部分进行证明优化设计的信号跟踪系统稳定且性能指标不超过预先设定的正数；本发明专利技术避免了由逆变器中的故障带来的损失，具有能够可靠优化跟踪控制的优点。

An Optimal Reliable Tracking Control Method for Three-phase Grid-connected Inverter

The invention discloses a reliable tracking control method for three-phase grid-connected inverters based on optimization, which includes the following steps: step 1: establishing the state space equation of the system; step 2: designing the signal tracking system through the state space equation of the system; step 3: optimizing the signal tracking system, giving the form of fault matrix and analyzing it; Through the analysis of fault matrix, it is proved in two parts that the optimized signal tracking system is stable and its performance index does not exceed the preset positive number; the invention avoids the loss caused by the fault in the inverters, and has the advantage of reliable optimal tracking control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法
本专利技术涉及三相并网逆变器控制领域，更具体涉及一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法。
技术介绍
当今社会，化石燃料燃烧造成的环境污染以及非可再生资源的不断消耗所带来的能源危机，使得可再生能源的开发变得非常重要。风能、地热能、燃料电池以及太阳能等新能源不断兴起，并在分布式发电中占据越来越多的份额。这些新能源都要通过并网逆变器来向电网馈能。并网逆变器一般采用脉冲宽度调制下的电流型控制，因此会有很多含有高频谐波的电流进入电网，影响电网质量。为了滤除高频电流，通常要在逆变器与电网之间加入电感。相对于传统的L型滤波器，LCL滤波器通过电容支路提供高频旁路从而显著衰减流入电网电流的高频分量，因此被广泛使用于大功率设备。但由于LCL本身存在谐振，在实际的控制过程中需要阻尼来抑制其谐振。传统的阻尼方法一般是在电感或电容上串联电阻形成DP(PassiveDamping，惯性阻尼)。现实生活中，相当一部分电能消费是以驱动电动机的形式进行的，直接用粗放的原电驱动免不了要引入串联阻抗和并联阻抗以控制和调节电动机的运行状态，而这些不得已介入的阻抗会白白消耗电能。为了将这些浪费掉的非常可观的电能利用起来，利用现代电能变换技术对电动机实行变频调速控制具有很好的节电潜能。随着电力电子技术的发展及其元部件生产成本的下降，由逆变器供电的电动机变频调速系统在工业应用中已逐步推广使用。而脉宽调制逆变器由于其主电路结构简单、控制电路灵活等诸多优点而使其得到迅速发展，逆变电路由于其开关器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节，其可靠性问题一直没有得到有效解决。而最新研究表明，变频调速系统中功率变换器的故障占整个驱动系统故障的82.5％，是驱动系统中最易发生故障的。逆变器供电的永磁同步电动机是飞机高压直流电源系统的关键部件，航天飞机器中也广泛使用永磁同步电动机进行部件驱动，另外随着电力电子器件的更新换代，功率变流技术的发展，现代控制理论应用，使得集高效电能转换和高性能控制于一体的变频调速系统在未来的工业驱动系统中将发挥主导作用，可想而知，一旦逆变器控制发生故障，整个驱动系统便丧失正常工作的能力，轻者影响工业生产的正常进行，重者会坠机或使武器系统丧失攻击能力。对于这一问题，国内外专家对逆变器进行了较多的控制故障研究。中国专利公开号CN203104326U公开了一种三电平滞环电流跟踪逆变器。其三电平逆变桥输出端串联电感器后作为三电平滞环电流跟踪逆变器的输出端，各电压检测单元分别检测三电平逆变桥的零电平支撑点与逆变器三相输出端之间的电压，检测结果分别送入各驱动控制单元，电流检测单元检测逆变器的三相输出电流，检测结果分别送入各滞环比较单元，三相指令电流信号分别送入各滞环比较单元和各驱动控制单元，各滞环比较单元的输出端接对应的驱动控制单元，各驱动控制单元输出端接对应的驱动单元，各驱动单元的输出端接三电平逆变桥的驱动信号输入端。所述装置及其控制方法能够对三电平逆变器的输出电流进行滞环跟踪控制，具有跟踪精度高、速度快、实时性好等优点。但该专利还具有未考虑到逆变器控制时执行器故障运行的情况以及对逆变器进行控制时未对控制对象进行优化控制的缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术的逆变器的控制方法未考虑到逆变器控制时执行器故障运行的情况以及未对逆变器进行优化控制的缺点。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤一：根据逆变器运行过程中的不确定性以及所述逆变器中执行器故障情况，通过逆变器建立系统的状态空间方程；步骤二：通过系统的状态空间方程，设计信号跟踪系统；步骤三：对构成的信号跟踪系统进行优化设计，并给出故障矩阵形式，进行分析；步骤四：通过对故障矩阵分析，分两部分进行证明优化设计的信号跟踪系统稳定且性能指标不超过预先设定的正数：(a)故障矩阵为单位矩阵，即无故障时逆变器运行情况；(b)故障矩阵非单位矩阵，即执行器故障时逆变器运行情况。优选的，所述步骤一是基于LCL滤波器的并网逆变器的主电路建立系统的状态空间方程，所述基于LCL滤波器的并网逆变器的主电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、IGBT管VT1、IGBT管VT2、IGBT管VT3、IGBT管VT4、IGBT管VT5、IGBT管VT6、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、交流信号源E1、交流信号源E2以及交流信号源E3；所述电容C1的一端与所述电容C2的一端连接，所述IGBT管VT1的发射极与IGBT管VT4的集电极连接，所述IGBT管VT3的发射极与IGBT管VT6的集电极连接，IGBT管VT5的发射极与IGBT管VT2的集电极连接，所述IGBT管VT1、IGBT管VT3以及IGBT管VT5的集电极均与所述电容C1的另一端连接，所述IGBT管VT4、IGBT管VT6以及IGBT管VT2的发射极均与所述电容C2的另一端连接，所述IGBT管VT1、IGBT管VT2、IGBT管VT3、IGBT管VT4、IGBT管VT5以及IGBT管VT6的栅极均输入驱动信号，所述IGBT管VT1的发射极与IGBT管VT4的集电极的连线上连接电感L1的一端，电感L1的另一端通过电阻R1、电感L4、电阻R4与交流信号源E1的输出端连接，所述IGBT管VT3的发射极与IGBT管VT6的集电极的连线上连接电感L2的一端，电感L2的另一端通过电阻R2、电感L5、电阻R5与交流信号源E2的输出端连接，所述IGBT管VT5的发射极与IGBT管VT2的集电极的连线上连接电感L3的一端，电感L3的另一端通过电阻R3、电感L6、电阻R6与交流信号源E3的输出端连接，所述交流信号源E1、交流信号源E2以及交流信号源E3的输入端均连接在一起；所述电阻R1与电感L4之间的连线上通过电容C3与电阻R7的一端连接，所述电阻R2与电感L5之间的连线上通过电容C4与电阻R8的一端连接，所述电阻R3与电感L6之间的连线上通过电容C5与电阻R9的一端连接，所述电阻R7、电阻R8以及电阻R9的另一端均连接在一起；所述电容C1的另一端与所述电容C2的另一端之间的电压为直流侧电压Udc，所述电感L1、电感L2以及电感L3的电感值为LS，所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3的阻值为RS，所述电感L4、电感L5以及电感L6的电感值为Lg，所述电阻R4、电阻R5以及电阻R6的阻值为Rg，所述电阻R7、电阻R8以及电阻R9的阻值为Rc，所述交流信号源E1、交流信号源E2以及交流信号源E3的信号均为e，所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3的输出电流值均为iS，该输出电流iS分别流入电容C3、电容C4以及电容C5所在支路的电流为ic，该输出电流iS分别流入电感L4、电感L5以及电感L6所在支路的电流为ig；优选的，所述步骤一，包括：基于LCL滤波器的并网逆变器的主电路，根据基尔霍夫电流电压定律，得到LCL滤波器的微分方程，通过Clarke变换，消除三相中的共模分量，得到两相静止坐标系下的微分方程为式中，isk为逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据逆变器运行过程中的不确定性以及所述逆变器中执行器故障情况，建立系统的状态空间方程；步骤二：通过系统的状态空间方程，设计信号跟踪系统；步骤三：给出故障矩阵形式，对构成的信号跟踪系统进行优化设计；步骤四：通过对故障矩阵分析，分两部分进行证明优化设计的信号跟踪系统稳定且性能指标不超过预先设定的正数：(a)故障矩阵为单位矩阵，即无故障时逆变器运行情况；(b)故障矩阵非单位矩阵，即执行器故障时逆变器运行情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据逆变器运行过程中的不确定性以及所述逆变器中执行器故障情况，建立系统的状态空间方程；步骤二：通过系统的状态空间方程，设计信号跟踪系统；步骤三：给出故障矩阵形式，对构成的信号跟踪系统进行优化设计；步骤四：通过对故障矩阵分析，分两部分进行证明优化设计的信号跟踪系统稳定且性能指标不超过预先设定的正数：(a)故障矩阵为单位矩阵，即无故障时逆变器运行情况；(b)故障矩阵非单位矩阵，即执行器故障时逆变器运行情况。2.根据权利要求1所述的一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤一是基于LCL滤波器的并网逆变器的主电路建立系统的状态空间方程，所述基于LCL滤波器的并网逆变器的主电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、IGBT管VT1、IGBT管VT2、IGBT管VT3、IGBT管VT4、IGBT管VT5、IGBT管VT6、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、交流信号源E1、交流信号源E2以及交流信号源E3；所述电容C1的一端与所述电容C2的一端连接，所述IGBT管VT1的发射极与IGBT管VT4的集电极连接，所述IGBT管VT3的发射极与IGBT管VT6的集电极连接，IGBT管VT5的发射极与IGBT管VT2的集电极连接，所述IGBT管VT1、IGBT管VT3以及IGBT管VT5的集电极均与所述电容C1的另一端连接，所述IGBT管VT4、IGBT管VT6以及IGBT管VT2的发射极均与所述电容C2的另一端连接，所述IGBT管VT1、IGBT管VT2、IGBT管VT3、IGBT管VT4、IGBT管VT5以及IGBT管VT6的栅极均输入驱动信号，所述IGBT管VT1的发射极与IGBT管VT4的集电极的连线上连接电感L1的一端，电感L1的另一端通过电阻R1、电感L4、电阻R4与交流信号源E1的输出端连接，所述IGBT管VT3的发射极与IGBT管VT6的集电极的连线上连接电感L2的一端，电感L2的另一端通过电阻R2、电感L5、电阻R5与交流信号源E2的输出端连接，所述IGBT管VT5的发射极与IGBT管VT2的集电极的连线上连接电感L3的一端，电感L3的另一端通过电阻R3、电感L6、电阻R6与交流信号源E3的输出端连接，所述交流信号源E1、交流信号源E2以及交流信号源E3的输入端均连接在一起；所述电阻R1与电感L4之间的连线上通过电容C3与电阻R7的一端连接，所述电阻R2与电感L5之间的连线上通过电容C4与电阻R8的一端连接，所述电阻R3与电感L6之间的连线上通过电容C5与电阻R9的一端连接，所述电阻R7、电阻R8以及电阻R9的另一端均连接在一起；所述电容C1的另一端与所述电容C2的另一端之间的电压为直流侧电压Udc，所述电感L1、电感L2以及电感L3的电感值为LS，所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3的阻值为RS，所述电感L4、电感L5以及电感L6的电感值为Lg，所述电阻R4、电阻R5以及电阻R6的阻值为Rg，所述电阻R7、电阻R8以及电阻R9的阻值为Rc，所述交流信号源E1、交流信号源E2以及交流信号源E3的信号均为e，所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3的输出电流值均为iS，该输出电流iS分别流入电容C3、电容C4以及电容C5所在支路的电流为ic，该输出电流iS分别流入电感L4、电感L5以及电感L6所在支路的电流为ig。3.根据权利要求2所述的一种基于优化的三相并网逆变器可靠跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤一，包括：基于LCL滤波器的并网逆变器的主电路，根据基尔霍夫电流电压定律，得到LCL滤波器的微分方程，通过Clarke变换，消除三相中的共模分量，得到两相静止坐标系下的微分方程为：式中，isk为逆变器侧电流；igk为网侧电流；Uoutk为逆变器输出电压；Uck为电...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊渊，陈军，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34