一种基于自适应模糊控制的光伏逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应模糊控制的光伏逆变器，包括直流升压电路、全桥逆变电路和逆变控制器；光伏阵列的直流电输出经前级的直流升压电路和后级的全桥逆变电路转换成交流电并入电网；所述逆变控制器包括第一控制器和第二控制器；所述第一控制器为电压电流双闭环结构，包括PI控制器和滞环比较器，用于产生SPWM信号驱动所述全桥逆变电路；所述第二控制器为改进的模糊控制器，改进的模糊控制器的输入为逆变器交流侧电流及所述滞环比较器的开关频率的波动值，通过执行粒子群算法，以设置滞环比较器的当前最优环宽。本发明专利技术的光伏逆变器可通过基于粒子群算法的模糊控制来抑制逆变电路开关频率的变化。变电路开关频率的变化。变电路开关频率的变化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应模糊控制的光伏逆变器


[0001]本专利技术涉及电力领域，尤其涉及一种基于自适应模糊控制的光伏逆变器。

技术介绍

[0002]随着对可再生能源的迫切需求，太阳能由于其总量大、利用方便被广泛关注。对太阳能的利用方式之一是使用光伏电池将光能转化为直流电，但是由于各类电器以及电网都使用交流电，因此为了更好地更好地利用太阳能，需要通过光伏逆变器将直流电转化为交流电。同时碳化硅的器件在开关器件领域开始逐步替代硅基器件，其使得逆变器的性能得到进一步提升。
[0003]目前，通常应用于单相逆变器的电压电流控制器有PI控制器，PR控制器，滞环比较器及其衍生的控制器等。PI控制器一般需要引入电网前馈来解决相位误差，但其存在零稳态误差的问题，如果利用abc
‑
dq坐标变换到同步旋转坐标系下可解决PI控制器的无静差控制，但其过程变得繁琐。PR控制器在基波频率处的增益无穷大，可以实现在固定频率下实现无静差追踪，但是相角裕度较小，带宽较窄，容易引起系统发生振荡，造成控制器谐振频率的偏移，影响系统稳定。而滞环控制是通过将参考电流和采样电流的误差限制在一定范围内的一种控制方式，其优点有控制速度快、精度高和鲁棒性好等，但是其一般要求较高的开关频率，因此对硅基的IGBT而言存在超过其上限频率的、损耗较大的问题。碳化硅器件其相较于传统的硅基器件而言，其拥有更高的开关频率、更小的导通损耗等优点。因此，随着碳化硅器件的发展，在逆变器中使用碳化硅的MOSFET来替代传统的硅基I GBT，这使得滞环控制的实用价值得到了极大的提高。
[0004]目前，在采用滞环控制时，不仅存在较高的开关频率，而且还有开关频率不固定的问题。同时由于期望控制的并网电流并不稳定，并且其容易受到外界的干扰，所以这会导致输出电流中产生较多的开关谐波分量。同时这个过程中的数学模型较为复杂且不固定，研究人员很难提出一个完全契合的数学模型来抑制开关频率的变化。
[0005]模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术为基础的一种控制手段，它是一种非线性的智能控制，从行为上模仿人的模糊推理和决策的过程。通过对输入的数据进行模糊化后进行合适的模糊推理可以得出一个使得当前开关频率变化最小的环宽。但是模糊控制的问题在于它需要选取合适的模糊规则、模糊集等，这极大程度上的依赖研究人员的专家经验，不同的选取可能会导致开关频率的波动较大。因此，目前还很难通过模糊控制来抑制开关频率的变化。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于自适应模糊控制的光伏逆变器，解决光伏逆变器应用滞环比较器导致的开关频率较高且不固定的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于自适应模糊控制的光伏逆变器，其特征在于，包括直流升压电路、全桥逆变电路和逆变控制器；
[0008]光伏阵列的直流电输出经前级的直流升压电路和后级的全桥逆变电路转换成交流电并入电网；
[0009]所述逆变控制器包括第一控制器和第二控制器；所述第一控制器为电压电流双闭环结构，包括P I控制器和滞环比较器，用于产生SPWM信号驱动所述全桥逆变电路；所述第二控制器为改进的模糊控制器，所述改进的模糊控制器的输入为逆变器交流侧电流及所述滞环比较器的开关频率的波动值，通过执行粒子群算法，以设置滞环比较器的当前最优环宽。
[0010]进一步的，所述模糊控制器包括第一存储模块、第二存储模块、取误差模块、限幅模块和模糊控制逻辑模块，
[0011]所述模糊控制器的输入分别输入到第一存储模块和取误差模块；所述第一存储模块的输出作为所述取误差模块的第二输入；所述取误差模块的输出和所述模糊控制器的输入分别通过一个限幅模块后作为所述模糊控制逻辑模块的输入；所述模糊控制器的输出作为所述第二存储模块的输入，对所述第二存储模块的输出和所述模糊控制逻辑模块的输出进行求和，并通过限幅模块作为所述模糊控制器的输出，该输出即为滞环比较器的环宽；
[0012]所述第一存储模块用于存储上一时刻的输入I(k
‑
1)；
[0013]所述第二存储模块用于存储上一时刻的输出O(k
‑
1)；
[0014]所述取误差模块，用于将输入的I(k)与存储的I(k
‑
1)作差得到误差电流ΔI：ΔI＝I(k)
‑
I(k
‑
1)；
[0015]所述限幅模块用于将输入的信号限制在一定范围内，防止信号的幅值超出后级模块的输入；
[0016]所述模块控制逻辑模块用于执行将输入信号模糊化，模糊推理和反模糊化的步骤，输出模糊状态的判定结果。
[0017]进一步的，所述光伏逆变器的模糊控制包括以下步骤：
[0018]步骤一、在启动时，仅通过第一控制器对直流母线电压、逆变器交流侧电流进行控制，产生SPWM信号；并计算SPWM信号的开关频率和逆变器交流侧电流的相位，得到SPWM信号的开关频率的波动值；
[0019]步骤二、当系统启动后达到稳定时，启动模糊控制器；
[0020]步骤三、将逆变器交流侧电流和开关频率的波动值输入粒子群算法中，更新模糊控制器的内部参数；
[0021]步骤四、对输入的逆变器交流侧电流进行模糊化，按精度分为N个模糊集；
[0022]步骤五、生成新的模糊集、模糊规则表，并进行模糊推理；
[0023]步骤六、进行解模糊，计算得到在当前条件下最适合的滞环比较器的环宽；由更新的环宽替代上一环宽；
[0024]步骤七、在更新完成之后再对误差电流进行调制产生新的SPWM信号；
[0025]步骤八、重复上述步骤三到步骤七，直到最大的循环次数；
[0026]步骤九、当外界参数条件发生变化导致光伏电池的输出功率发生了变化时，返回步骤二，重新启动粒子群算法判断是否需要更新滞环比较器的环宽。
[0027]进一步的，所述外界参数条件包括光照强度和温度。
[0028]进一步的，所述粒子群算法包括以下步骤：
[0029]步骤一、设置初始条件：选择模糊集、模糊规则、隶属函数作为粒子，将开关频率的波动值作为评价粒子优劣的适应值，然后在D维的搜索空间中进行初始化由n个粒子组成的种群X＝(X1，X2····
X
n
)，其中第i个粒子为D维向量X
i
＝(x
i1
，x
i2
····
x
in
)
T
将其随机均匀地分布在域内；
[0030]步骤二、获取每个粒子当前的适应值，并与其在搜索过程中得到的最优位置X
ibest
时的适应值进行比较，如果当前结果更优则更新X
ibest
，否则保持不变；同时与整个粒子群在搜索过程中经历的最优位置G
ibest
的适应值进行比较，如果当前存在最优则进行更新，否则不进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应模糊控制的光伏逆变器，其特征在于，包括直流升压电路、全桥逆变电路和逆变控制器；光伏阵列的直流电输出经前级的直流升压电路和后级的全桥逆变电路转换成交流电并入电网；所述逆变控制器包括第一控制器和第二控制器；所述第一控制器为电压电流双闭环结构，包括PI控制器和滞环比较器，用于产生SPWM信号驱动所述全桥逆变电路；所述第二控制器为改进的模糊控制器，所述改进的模糊控制器的输入为逆变器交流侧电流及所述滞环比较器的开关频率的波动值，通过执行粒子群算法，以设置滞环比较器的当前最优环宽。2.如权利要求1所述的基于自适应模糊控制的光伏逆变器，其特征在于：所述模糊控制器包括第一存储模块、第二存储模块、取误差模块、限幅模块和模糊控制逻辑模块，所述模糊控制器的输入分别输入到第一存储模块和取误差模块；所述第一存储模块的输出作为所述取误差模块的第二输入；所述取误差模块的输出和所述模糊控制器的输入分别通过一个限幅模块后作为所述模糊控制逻辑模块的输入；所述模糊控制器的输出作为所述第二存储模块的输入，对所述第二存储模块的输出和所述模糊控制逻辑模块的输出进行求和，并通过限幅模块作为所述模糊控制器的输出，该输出即为滞环比较器的环宽；所述第一存储模块用于存储上一时刻的输入I(k
‑
1)；所述第二存储模块用于存储上一时刻的输出O(k
‑
1)；所述取误差模块，用于将输入的I(k)与存储的I(k
‑
1)作差得到误差电流ΔI：ΔI＝I(k)
‑
I(k
‑
1)；所述限幅模块用于将输入的信号限制在一定范围内，防止信号的幅值超出后级模块的输入；所述模块控制逻辑模块用于执行将输入信号模糊化，模糊推理和反模糊化的步骤，输出模糊状态的判定结果。3.如权利要求2所述的基于自适应模糊控制的光伏逆变器，其特征在于：所述光伏逆变器的模糊控制包括以下步骤：步骤一、在启动时，仅通过第一控制器对直流母线电压、逆变器交流侧电流进行控制，产生SPWM信号；并计算SPWM信号的开关频率和逆变器交流侧电流的相位，得到SPWM信号的开关频率的波动值；步骤二、当系统启动后达到稳定时，启动模糊控制器；步骤三、将逆变器交流侧电流和开关频率的波动值输入粒子群算法中，更新模糊控制器的内部参数；步骤四、对输入的逆变器交流侧电流进行模糊化，按精度分为N个模糊集；步骤五、生成新的模糊集、模糊规则表，并进行模糊推理；步骤六、进行解模糊，计算得到在当前条件下最适合的滞环比较器的环宽；由更新的环宽替代上一环宽；步骤七、在更新完成之后再对误差电流进行调制产生新的SPWM信号；步骤八、重复上述步骤三到步骤七，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟锋，陈祖岗，翁宏锦，石紫亮，
申请(专利权)人：厦门磐晟电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：