一种光伏并网逆变器的自适应模糊积分滑模控制方法与流程

本发明属于逆变器控制方法
技术领域：
，具体涉及一种光伏并网逆变器的自适应模糊积分滑模控制方法，利用模糊积分滑模控制技术实现对逆变器的自适应控制。
背景技术：
：随着新能源技术的兴起，光伏发电已成为电力资源不可或缺的一部分。然而要实现光伏并网，逆变器是必须的一个环节。并网逆变器的优劣，直接影响着电能质量及电网安全。逆变器是一种将直流电转化成交流电的电力器件，逆变器的控制目标是实现并网电压对电网参考电压的跟踪。传统的控制方法有PID、滞环控制等，但由于光伏系统实际运行的特点，传统方法并不理想，其抗干扰能力及鲁棒性较差。滑模控制是一种非线性控制方法，它的特点是系统结构不固定，而是根据系统当前状态，有目的地按照设定好的滑动模态进行变化。相比于传统控制方法，滑动模态的设计与对象参数及扰动无关，这就使得滑模控制对参数变化及扰动不灵敏，物理实现简单。模糊控制是基于模糊逻辑的一种控制方法，其特点是利用人的控制经验融入到控制器中，已有学者将模糊控制应用到逆变器控制中。万能逼近定理表明，模糊逼近器是除多项式逼近、神经网络逼近外的又一个万能逼近器，万能逼近器是自适应模糊控制的基础。技术实现要素：针对传统逆变器控制方法的不足，将模糊控制和滑模控制结合并应用到并网逆变器中，提出一种光伏并网逆变器的自适应模糊积分滑模控制方法，完成对逆变器的顺利并网。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种光伏并网逆变器的自适应模糊积分滑模控制方法，包括以下步骤：步骤一、采用状态空间平均法，建立一个周期内的光伏并网逆变器数学模型；步骤二、对光伏并网逆变器数学模型进行修正，得到带有干扰项的光伏并网逆变器数学模型；步骤三、建立基于光伏并网逆变器的滑模控制器的等效控制律方程；步骤四、对滑模控等效控制律中的未知项进行补偿，得到补偿后的滑模控制器的控制律方程；步骤五、采用模糊控制系统来逼近干扰项的界；步骤六、设计自适应律，得到最终的自适应模糊积分滑模控制器的控制律方程；步骤七、根据控制律方程，产生控制信号，控制逆变器的各个电力开关管。所述步骤一中的一个周期内的光伏并网逆变器数学模型为：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc---(1)]]>其中，uac为逆变器并网电压，udc为直流侧电压，D为逆变器上呈对角关系的开关管S1、S4占空比，Cac、Lac分别为逆变器交流侧电容及电感，RL为交流侧负载。所述步骤二中的修正后的光伏并网逆变器数学模型为：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc+g(t)---(2)]]>其中，g(t)代表模型不确定性及外界干扰。所述步骤三中，等效控制律方程为：Deq=0.5[1+LacCacudc(1RLCacu··ac+1LacCacuac+u··acr-k1e·-k2e-g)]---(4)]]>其中，为uac的二次导数，uacr为电网参考电压，为电网参考电压的二次导数，e输出电压与参考电压之间的跟踪误差，g为模型不确定性及外界干扰，k1、k2均为可调系数，可以根据实际需求来设定。所述步骤四中，补偿后的滑模控制器的控制律方程为：D＝Deq+Dsw(5)Dsw=0.5*LacCacudc(g-gEsgn(s))---(6)]]>其中，gE为干扰项g的界，满足|g|≤gE，sgn为符号函数，s为滑模函数，e＝uac-uacr，所述步骤五中，采用模糊系统来逼近干扰项的界gE，具体为：g^E=a^Tξ]]>其中，为干扰项界gE的估计值，为可调参数，[]T表示转置，ξ为模糊基向量。所述自适应律为：a^·=η|s|ξ]]>其中，η为一正常数，s为滑模函数，ξ为模糊基向量；最终自适应模糊积分滑模控制器的控制律方程为：g^E=a^Tξa^·=η|s|ξD=0.5[1+LacCacudc(1RLCacu··ac+1LacCacuac+u··acr-k1e·-k2e-g^Esgn(s))].]]>本发明的有益效果：本发明由于使用了滑模控制，使得系统具有对参数变化及干扰不敏感的特性；模糊控制器的使用，使系统能自适应地补偿干扰，系统鲁棒性较强；逆变器输出电压受直流侧电压影响很小，不必使用大电容来稳定直流侧电压。附图说明图1所示为本发明一种具体实施的主电路结构示意图。图2所示为本发明一种具体实施的方法结构示意图。图3所示为逆变器并网电压波形图。图4所示为电压跟踪效果图。图5所示为电压跟踪误差图。图6所示为跟并网电压频谱图。图1中，udc—直流侧电压，uac—并网电压，uacr—电网参考电压，Cdc—直流侧电容，Lac—交流侧电感，Cac—交流侧电容，RL—负载，S1-S4—电力开关管。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。参见图1，本发明的逆变器控制结构使用全桥结构，由4个电力开关(S1～S4)管组成两组桥臂。Cac、Lac分别为逆变器交流侧电容及电感，RL为交流侧负载，Cdc为直流侧电容。通过控制开关管占空比(S2、S3占空比为1-D，S1、S4占空比为D)，完成逆变器输出电压对电网电压的跟踪。参见图2，一种光伏并网逆变器的自适应模糊积分滑模控制方法，包括以下步骤：步骤一、采用状态空间平均法，建立一个周期内的光伏并网逆变器数学模型；步骤二、对光伏并网逆变器数学模型进行修正，得到带有干扰项的光伏并网逆变器数学模型；步骤三、建立基于光伏并网逆变器的滑模控制器的等效控制律方程；步骤四、对滑模控制律中的未知项进行补偿，得到补偿后的滑模控制器的控制律方程；步骤五、采用模糊控制系统来逼近干扰项的界；步骤六、设计自适应律，得到最终的自适应模糊滑模控制器的控制律方程；步骤七、利用所得的控制律方程，产生控制信号，控制逆变器的各个电力开关管。实施例一(1)根据电路理论，采用状态空间平均法，建立一个周期内的光伏并网逆变器数学模型：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc---(1)]]>其中，uac为逆变器并网电压，udc为直流侧电压，D为逆变器上呈对角关系的开关管S1、S4占空比，Cac、Lac分别为逆变器交流侧电容及电感，RL为交流侧负载。(2)模型修正由于实际运行中，逆变器受到建模误差及外界干扰的影响，需对(1)式的光伏并网逆变器数学模型修正。考虑系统不确定性及外界干扰的实际逆变器数学模型为：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc+g(t)---(2)]]>其中，g(t)为模型不确定性及外界干扰。(3)设计滑模控制器通过控制开关管占空比D，使逆变器交流侧电压uac能跟踪上电网参考电压uacr。滑模控制器设计首先定义滑模面，然后设计等效控制律，使系统状态轨迹收敛到滑模面并停留在滑模面上。定义滑模函数(即积分滑模面)：s(t)=u·ac(t)-∫0t[u··acr(i)-k1e·(t)-k2e(t)]dt---(3)]]>其中：跟踪误差e＝uac-uacr，uacr为电网参考电压；对滑模函数s求导，并令得到等效控制律：Deq=0.5[1+LacCacudc(1RLCacu··ac+1LacCacuac+u··acr-k1e·-k2e-g)]---(4)]]>其中，为uac的二次导数，uacr为电网参考电压，为电网参考电压的二次导数，e输出电压与参考电压之间的跟踪误差，g为模型不确定性及外界干扰，k1、k2均为可调系数。(4)针对滑模控制器的控制律方程中的未知项g，采用切换控制项Dsw进行补偿补偿后的滑模控制器的控制律方程为：D＝Deq+Dsw(5)Dsw=0.5*LacCacudc(g-gEsgn(s))---(6)]]>其中，gE为干扰项g的界，满足|g|≤gE，sgn符号函数，s为滑模函数，e＝uac-uacr，(5)采用模糊系统来逼近干扰项的界gE，具体为：g^E=a^Tξ]]>其中，为干扰项界gE的估计值，为可调参数，ξ为模糊基向量。(6)基于李雅普诺夫稳定性定理设计自适应律为：a^·=η|s|ξ]]>其中，η为一正常数，s为滑模函数，ξ为模糊基向量；最终的自适应模糊滑模控制器的控制律方程为：g^E=a^Tξa^·=η|s|ξD=0.5[1+LacCacudc(1RLCacu··ac+1LacCacuac+u··acr-k1e·-k2e-g^Esgn(s))].]]>(7)根据步骤6所得控制律(即占空比D)，和三角载波比较，产生4路PWM波控制信号，控制逆变器4个开关管，得到逆变输出电压，从而实现并网。(8)通过仿真，验证发明在simulink里建立仿真模型，逆变器直流侧接光伏系统，主电路如图1所示，仿真结果如图3至图6所示，仿真参数如表1。表1图3所示，逆变器输出电压正弦性很好，波形平滑。图4所示，逆变器输出电压波形很快跟踪上电网电压，并与电网电压波形重合。图5所示，逆变器跟踪误差很快收敛到0。图6所示，由频谱图可看出，并网电压谐波含量很低，35个周波的THD仅为0.55％；图中，横轴代表谐波次数，纵轴代表谐波含量；基波频率为50Hz。综上：本发明由于使用了滑模控制，使得系统具有对参数变化及干扰不敏感的特性；模糊控制器的使用，使系统能自适应地补偿干扰，系统鲁棒性较强；逆变器输出电压受直流侧电压影响很小，不必使用大电容来稳定直流侧电压。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页1 2 3