一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法技术

本发明专利技术属于逆变器控制技术领域，具体涉及一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法。针对直流侧和网侧不确定对光伏并网逆变器控制性能造成影响的问题，本发明专利技术外环选取直流侧电压为状态变量，采用积分滑模控制，以减小系统稳态误差；基于趋近律函数对系统控制特性的影响，内环滑模控制中引入一种新型的趋近律，削弱了抖振。在MATLAB/Simulink平台进行仿真分析，结果表明，所提出的控制策略在使光伏发电系统稳定运行的同时，有效提升了系统的动态性能，降低了入网电流谐波畸变率，并可使系统保持较强的抗干扰能力。统保持较强的抗干扰能力。统保持较强的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法


[0001]本专利技术属于逆变器控制
，具体涉及一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，为了解决化石能源带来的环境恶化问题，充分利用可再生能源已成为国内外共识；以太阳能、风能为代表的可再生能源并网发电已经成为新型电力系统的发展趋势。
[0003]随着光伏发电效率的提高、并网容量的增大，光伏逆变器的控制性能对于电网电能质量的影响愈加显著，其控制策略的研究对于新型电力系统的发展具有重要意义。
[0004]传统的逆变器控制方法，如恒压恒频控制、恒功率控制、下垂控制等线性控制方式，虽能实现对逆变器的良好控制，但其对外界干扰的抑制效果较差，鲁棒性能不足。
[0005]为了解决上述问题，多种非线性控制方法被应用于逆变器控制中。“光伏并网逆变器H∞鲁棒控制策略的研究”考虑了逆变器不确定参数和电网干扰，设计了一种电流环H∞鲁棒控制器，但并未考虑电压外环的控制性能以及直流侧电压的稳定性。“基于双闭环策略的光伏并网逆变器鲁棒H∞控制”将鲁棒H∞控制技术和自抗扰控制相结合，提出了一种基于电网电压定向的鲁棒双环控制策略，实现了对外界干扰所造成跟踪误差的有效抑制；但是，其控制器参数设计较为复杂，且严重依赖系统模型的精确性。“Aourir M,AbouloifaA,Lachkar I,etal.Nonlinear control and stability analysis ofsingle stage grid connected photovoltaic systems[J].International Journal ofElectrical Power&Energy Systems,2020,15(10):1
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15.”将反步法与PI控制器结合，设计了一种非线性控制器，实现了电网与光伏发电系统间的功率平衡，但未考虑到电网电压波动等外界干扰的影响。
[0006]光伏并网逆变器本身是周期性变结构系统。滑模控制策略(sliding mode control，SMC)因其具有很强的鲁棒性，所以适用于光伏并网逆变器的控制。“Sebaaly F,Vahedi H,Kanaan H Y,et al.Sliding mode fixed frequency current controller design for grid
‑
connected NPC inverter[J].IEEE Journal ofEmerging and Selected Topics in Power Electronics,2016,4(4):1397
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1405.”设计了一种适用于中性点箝位型三电平逆变器的电流环滑模控制器，但其电压环仍采用PI控制，抗扰动能力有限。“S,B.Discrete
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time sliding mode direct power control for three
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phase grid connected multilevel inverter[C]//4th International Conference on Power Engineering,Energy and Electrical Drives.IEEE,2013:933
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938.”根据有功无功误差最小原则进行控制量的修正，提出一种离散滑模直接功率控制策略，但未考虑控制过程中的“抖振”现象。“LiuY,Zhang Q,Wang C,et al.A control strategy for microgrid inverters based on adaptive three
‑
order sliding mode and optimized droop controls[J].Electric Power Systems Research,
2014,117:192
‑
201.”将滑模控制与自适应观测器结合，通过调整系统切换函数的系数以削弱抖振，但是没有详细说明用于在线调整符号函数系统的自适应观测器。
[0007]综上分析，针对光伏并网逆变器存在直流侧和网侧不确定干扰的问题，专利技术提出一种双闭环滑模控制策略：电压外环采用积分滑模控制，以在稳定直流侧电压的同时减少系统稳态误差；提出一种新型的趋近律用于电流内环滑模控制器，以在不牺牲系统响应速度的同时，尽可能地削弱系统抖振。

技术实现思路

[0008]针对直流侧和网侧不确定对光伏并网逆变器控制性能造成影响的问题，提出了一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法，是一种改进的双闭环滑模控制策略。外环选取直流侧电压为状态变量，采用积分滑模控制，以减小系统稳态误差；基于趋近律函数对系统控制特性的影响，内环滑模控制中引入一种新型的趋近律，削弱了抖振。在MATLAB/Simulink平台进行仿真分析，结果表明，所提出的控制策略在使光伏发电系统稳定运行的同时，有效提升了系统的动态性能，降低了入网电流谐波畸变率，并可使系统保持较强的抗干扰能力。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0010]一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1，使用dq旋转坐标系表示光伏并网逆变器数学模型：
[0012][0013]式中，u
d
＝U
dc
S
d
，u
q
＝U
dc
S
q
；S
d
、S
q
分别为开关函数的d、q轴分量；u
sd
、u
sq
分别为电网电压在d、q轴上的分量；i
d
、i
q
分别为逆变器交流侧电流在d、q轴上的分量；i
L
为流入逆变器的电流；L和R分别表示逆变器交流侧滤波电感的等效电感和内阻；C和U
dc
分别表示逆变器直流侧电容和电压；ω表示角频率；
[0014]步骤2，逆变器直流侧电压U
dc
与参考电压U
dc*
比较后，经电压外环得到电流内环d轴参考值i
d*
，电流内环得到的结果经反Park变换得到控制信号u
α
、u
β
。
[0015]进一步，所述步骤2中电压外环选取直流侧电压为控制量，电压外环滑模控制器采用积分滑模控制，具体为：
[0016]选取直流侧电压为控制量，定义电压外环滑模控制器的跟踪误差为：
[0017]e＝U
dc*
‑
U
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]则跟踪误差的导数为：
[0019][0020]引入积分滑模面：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用dq旋转坐标系表示光伏并网逆变器数学模型：式中，u
d
＝U
dc
S
d
，u
q
＝U
dc
S
q
；S
d
、S
q
分别为开关函数的d、q轴分量；u
sd
、u
sq
分别为电网电压在d、q轴上的分量；i
d
、i
q
分别为逆变器交流侧电流在d、q轴上的分量；i
L
为流入逆变器的电流；L和R分别表示逆变器交流侧滤波电感的等效电感和内阻；C和U
dc
分别表示逆变器直流侧电容和电压；ω表示角频率；步骤2，逆变器直流侧电压U
dc
与参考电压U
dc*
比较后，经电压外环得到电流内环d轴参考值i
d*
，电流内环得到的结果经反Park变换得到控制信号u
α
、u
β
。2.根据权利要求1所述的一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述步骤2中电压外环选取直流侧电压为控制量，电压外环滑模控制器采用积分滑模控制，具体为：选取直流侧电压为控制量，定义电压外环滑模控制器的跟踪误差为：e＝U
dc*
‑
U
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)则跟踪误差的导数为：引入积分滑模面：采用指数趋近律，令将式(5)与式(4)、(6)联立，得电压外环的滑模控制率为：式中，ε&gt;|d3|；k&gt;0；kS为指数趋近项，λe为比例项；εsgn(S)为等速趋近项；i
L
/C为受系统参数影响的控制项。3.根据权利要求1所述的一种基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述步骤2中电流内环选取逆变器输出电流为控制量，电流内环滑模控制器中引入一种新型的趋近律，具体为：选取逆变器输出电流为控制量，定义电流内环滑模控制器的跟踪误差为：
式中，i
q*
＝0；电流内环滑模控制器的滑模面采用：式中，c1、c2表示电流内环滑模控制器跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建宏，米俊毅，赵兴勇，秦鹏慧，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：