实现微电网稳定的三相逆变器逆推滑模控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现微电网稳定的三相逆变器的逆推滑模控制方法及系统，所述方法首先以滤波电容电压与电感电流为控制变量建立逆变器系统的数学模型；之后将逆推法与滑模变结构控制方法相结合，构建逆变器系统的反馈控制模型；最后将逆变器系统的反馈控制模型作用于脉冲宽度调制，对三相逆变器进行控制，从而实现微电网稳定的三相逆变器逆推滑模控制。本发明的方法综合考虑工程应用实际，将逆推滑模控制方法应用于三相逆变器，具有良好的稳态和动态特性，对参数摄动与负载扰动具有很强的鲁棒性，不仅适用于线性、非线性及不平衡负载，且可推广到其他不同类型的三相逆变器中，为逆变器控制系统设计提供了一种思路，具有良好的工程应用前景。
【专利说明】
实现微电网稳定的H相逆变器逆推滑模控制方法及系统
技术领域
[0001] 本发明属于智能电网技术领域，特别是一种实现微电网稳定的=相逆变器逆推滑 模控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，集成了各种分布式电源系统和电力电子技术的微电网得到越来越多的关 注和研究。通过将较为成熟的分布式电源技术、先进的控制装置及各种类型负荷组合成新 型供电系统，将其W微电网的形式接入大电网，并使用灵活的控制策略，可W达到提高电网 供电能力和电能质量的目的。
[0003] 电力电子技术对分布式电源接入微电网至关重要，尤其是其中的逆变环节，是很 多分布式电源接入微电网的最终接口，其控制方法对分布式电源的稳定运行W及微电网的 控制策略都有重要的影响，是微电网运行控制的重要基础。逆变器控制的基本思想是并网 运行时逆变器能够按照设定稳定地输出一定的有功功率和无功功率;在孤岛运行时，控制 使逆变器W电压源形式运行，W逆变器的输出电压幅值和频率为控制目标，能够调节微电 网的频率和电压。
[0004] 逆变器装置是一类典型的开关型非线性系统，传统的线性控制方法应用于该类系 统时，其快速性和精确性不能达到理想要求。因而，现代非线性控制方法在电力电子系统中 的应用已成为当前电力电子控制的研究热点之一。
[0005] 目前逆变器非线性控制主要有双闭环PI控制、无差拍控制和重复控制等，虽然都 对逆变器的性能有所提高，但也存在不同程度的问题。随着对非线性控制理论的深入研究， 基于微分几何理论的精确线性化方法在逆变器中得到了广泛的应用，然而该方法建立在被 控对象具有精确数学模型的基础上，未考虑实际系统不确定性问题，因而鲁棒性不强，计算 表达式复杂，工程实现较为困难。空制在抗干扰能力方面的性能优越，陈宝远等人基于 控制理论设计了单相电压型逆变器的Hc4俞出反馈控制器，但设计过程需要求解HJD 巧amiIton-JaccoM-Issaes)不等式，目前对于HJD不等式没有一般的求解方法，获得准确 数值解十分困难，往往需要反复试凑和一定的设计经验。董峰斌等人采用反步法分别提出 了=相电压型脉冲宽度调制逆变器和=相四桥臂逆变器的非线性反馈控制器，所提方法的 控制性能明显优于传统的PI控制，但在实际应用中却存在W下问题:①逆变器数学模型均 建立在精确模型基础上，未考虑实际系统中存在的不确定性问题;②未考虑外界干扰对控 制性能的影响。
[0006] 由上述分析可知，针对=相逆变器控制的现有技术对逆变器系统的数学模型的精 确度要求高，未考虑实际系统参数不确定性与外界干扰问题对控制性能的想影响，因而鲁 棒性不强，不符合实际应用的要求;具备强抗干扰性能的技术却又求解计算过程复杂，需要 反复试凑，工程实现较为困难。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种设计合理并具有良好稳态和动态特性的实现微电网 电压、频率稳定的=相逆变器逆推滑模控制方法及系统。
[0008] 实现本发明目的的技术解决方案为:一种实现微电网稳定的=相逆变器逆推滑模 控制方法，包括W下步骤：
[0009] 步骤A、W滤波电容电压与电感电流为控制变量建立逆变器系统的数学模型；
[0010] 步骤B、将逆推法与滑模变结构控制方法相结合，构建逆变器系统的反馈控制模 型；
[0011] 步骤C、将逆变器系统的反馈控制模型作用于脉冲宽度调制(P歷），对；相逆变器 进行控制，从而实现微电网稳定的=相逆变器逆推滑模控制。
[0012] -种实现上述=相逆变器逆推滑模控制方法的系统，包括信息采集模块、虚拟控 制模块、逆推滑模控制模块、脉宽调制模块和=相逆变器，其中：
[0013] 信息采集模块采集逆变器的输出信号，该信号包括=相滤波电容电压值，=相滤 波电感电流值；
[0014] 虚拟控制模块接收信息采集模块采集到的逆变器输出信号，并对该信号与对应的 参考值进行比对，并将比对结果发送给虚拟控制模块和逆推滑模控制模块；
[0015] 虚拟控制模块对比对结果进行反向逆推处理，并将处理结果传输给逆推滑模控制 模块；
[0016] 逆推滑模控制模块对接收的信号进行反步逆推与滑模控制处理，并将处理结果传 输给脉宽调制模块；
[0017] 脉宽调制模块对接收的信号进行脉宽调制后发送给=相逆变器的六个开关，实现 对=相逆变器逆推滑模控制。
[0018] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明充分考虑=相逆变器系统受滤 波参数的不确定性与外界干扰等多种因素的影响，利用滑模变结构的滑动模态具有不变 性，对系统数学模型依赖程度低，对于系统参数摄动W及外界干扰具有很强的鲁棒性的特 点，将逆推法与滑模控制的方法相结合，W滤波电容电压与电感电流为控制变量建立逆变 器系统的数学模型，W控制变量的跟踪误差作为控制器的输入，推导出逆变器系统的反馈 控制律作用于脉冲宽度调制对=相逆变器进行控制。本发明设计合理，综合考虑工程应用 实际，具有良好的稳态和动态特性，对参数摄动与负载扰动具有很强的鲁棒性，不仅适用于 线性、非线性及不平衡负载，且可推广到其他不同类型的=相逆变器中，为逆变器控制系统 设计提供了一种思路，具有良好的工程应用前景。2)本控制方法使得控制系统在额定纯电 阻负载下达到稳态后，负载电压与负载电流启动速度快，波形无崎变，均为工频正弦波且光 滑，电压输出无静差，频率无静差。3)本发明的控制方法使得控制系统在线性负载突变的情 况下，负载电压基本无变化且波形崎变很小，电流变化平滑，提高了系统的抗干扰能力。4) 本发明的控制方法使得控制系统在输入直流电压突变的情况下瞬态响应，负载电压与电流 不受输入直流电压的影响，从而提高了 =相逆变器对输入直流电压的抗干扰能力。5)本发 明的控制方法使得控制系统在LC滤波参数摄动的情况下，负载电压与电流基本不受影响， 从而提高了=相逆变器对参数不确定性的抗干扰能力。6)本发明的控制方法使得控制系统 在带非线性负载与不平衡负载的情况下，负载电压基本无变化且波形崎变很小，=相电压 不平衡度也很小，频率波动也满足规定系统频率安全波动范围，从而提高了优化了微电网 的供电质量，保证了微电网内设备的安全运行。
[0019] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的描述。
【附图说明】
[0020] 图1为现有的主从微电网的结构示意图。
[0021 ]图2为现有的=相光伏全桥逆变器系统的连接示意图。
[0022] 图3为本发明的=相逆变器的逆推控制框图。
[0023] 图4为本发明得出的负载突变时响应波形，其中图(a)为负载电压图，图（b)为负载 电流图，图（C)为频率图。
[0024] 图5为本发明得出的光照强度变化时的响应波形，其中图(a)为光照强度图，图（b) 为直流侧电压图，图（C)为负载电压图，图（d)为负载电流图，图（e)为频率图。
[0025] 图6为本发明得出的环境溫度变化时的响应波形，其中图(a)为环境溫度图，图（b) 为直流侧电压图，图（C)为负载电压图，图（d)为负载电流图，图（e)为频率图。
[0026] 图7为本发明得出的L = 6.4mH、C = 470咖寸的响应波形，其中图(a)为负载电压图， 图(b)为负载电流图，图（C)为频率图。
[0027] 图8为本发明得出的带非线性负载时的响应波形，其中图(a)为负载电压图，图（b) 为负载电流图，图（C)为频率图。
[0028] 图9为本发明得出的带不平衡负载时的响应波形，其中图(a)为负载电压图，图（b) 为负载电流图，图（C)为频率图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的一种实现微电网稳定的=相逆变器逆推滑模控制方法，包括W下步骤：
[0030] 步骤A、W滤波电容电压与电感电流为控制变量建立逆变器系统的数学模型;所述 的逆变器系统的数学模型为：
[0031]
[0032] 式中，U。= [Uca Ucb UccJT为采集到的S相滤波电容电压；Il=山3 kb iLcjT为采集 到的S相滤波电感电流;U = Uinv =[ Uinva Uinvb Uinvc ] T为S相逆变器的输出电压，L、C为滤波 电感值和滤波电容值，R为本地负载电阻值;dl(t)为电压参数不确定项和外界干扰的总摄 动项矩阵，Cb(t)为电流参数不确定项和外界干扰的总摄动项矩阵。
[0033] 所述电压参数不确定项和外界干扰的总摄动项矩阵di(t)为：
[0034] di(t) = Il A I-Uc A 2+A wi(t)
[0035] 式中，A 1、A 2为系统滤波参数的不确定性部分(按照=相参数的偏差一致考虑）； A wi(t)，为外界干扰，由逆变器直流侧电压不稳定或者负载波动引起；
[0036] 电流参数不确定项和外界干扰的总摄动项矩阵cb(t)为：
[0037] d2(t) =Uinv A 3-Uc A 3+A W2(t)
[0038] 式中，A 3为系统滤波参数的不确定性部分（按照=相参数的偏差一致考虑）；A W2 (t)为外界干扰，主要由逆变器直流侧电压不稳定或者负载波动引起。
[0039] 步骤B、将逆推法与滑模变结构控制方法相结合，构建逆变器系统的反馈控制模
型；逆变典玄化故G健歧虫Il措刑屯.
[0040]
[0041] J Ei=[eui eu2 eu3]T为输入跟踪误差变量矩阵
％Ei子系统的虚拟控制 量矩阵虹6:=化3地山地山如巧勺导数，3为滑模变结构控制选取的滑模面矩阵，3邑11(3) 为其对应的符号函数心=(11曰旨化21山2，1?3)、11 = (11曰旨(111，112，113)为可调节的控制参数矩 阵。
[0042] 所述滑模变结构控制选取的滑模面矩阵为：S = E2,其对应的滑模趋近律为
[0043] 其中，E2 = Xre：f-iL=[eii Gi2 Gi3]T，sgn(s) = [sgn(eii) Sgn(ei2) sgn(ei3)]T;[0044] 所述的虚拟控制量矩阵Xref为：
巧勺控制参数矩阵， 为滤波电容电压的 参考值的导数，参考值yref = [Ucaref Ucbref UGG：ref]T为S相对称的幅值为310V的工频正弦波。 [0047]步骤C、将逆变器系统的反馈控制模型作用于脉冲宽度调制(PWM)，对=相逆变器 进行控制，从而实现微电网稳定的=相逆变器逆推滑模控制。
[004引一种实现上述=相逆变器逆推滑模控制方法的系统，包括信息采集模块、虚拟控 制模块、逆推滑模控制模块、脉宽调制模块和=相逆变器，其中：
[0049] 信息采集模块采集逆变器的输出信号，该信号包括=相滤波电容电压值，=相滤 波电感电流值；
[0050] 虚拟控制模块接收信息采集模块采集到的逆变器输出信号，并对该信号与对应的 参考值进行比对，并将比对结果发送给虚拟控制模块和逆推滑模控制模块；
[0051] 虚拟控制模块对比对结果进行反向逆推处理，并将处理结果传输给逆推滑模控制 模块；
[0052] 逆推滑模控制模块对接收的信号进行反步逆推与滑模控制处理，并将处理结果传 输给脉宽调制模块；
[0053] 脉宽调制模块对接收的信号进行脉宽调制后发送给=相逆变器的六个开关，实现 对=相逆变器逆推滑模控制。
[0054] 其中虚拟控制模块对比对结果进行反向逆推处理所用公式为：
[0化5]
[0化6]
[0057]其中逆推滑模控制模块对接收的信号进行反步逆推与滑模控制处理所用公式为： [0化引
[0059] 下面进行更详细的描述：
[0060] -种实现微电网电压、频率稳定的=相逆变器逆推滑模控制方法，是在如图1所示 的主从微电网与如图2所示的S相光伏逆变器系统上实现的，主要由光伏阵列、DC/DCboost 变换器、S相电压型全桥逆变器组成，其中DC/DC boost变换器电路由电容Cpv、电感Lpv、开 关管So和二极管Do组成，并采用MPPT控制器获取光伏阵列的最大功率。S相电压型全桥逆变 电路由DC/AC逆变器与控制回路构成，该电路包括六个开关管Sl -S6、滤波电感La、Lb、Lc，滤 波电容Ca、Cb、Cc，本地负载纯电阻负载R组成。ipv、Upv为光伏阵列输出电流、电压，idc、Udc为光 伏侧输出直流电流、电压，电感的电流、电容的电压分别为iL和Uc，负载电流为iLoad。
[0061] 本发明是一种实现微电网电压、频率稳定的=相逆变器逆推滑模控制方法。首先， 依据=相全桥逆变器的工作原理，W逆变器的滤波电容电压与电感电流为状态变量，建立 符合反步逆推设计的非精确数学模型形式，在反步逆推设计的最后一步，利用滑模变结构 方法，选取滑模面及指数趋近律，设计逆变器系统的实际反馈控制律表达式，实现整个系统 全局意义下的渐近稳定。通过上述方法设计的逆推滑模控制器，可有效地提高逆变器系统 的鲁棒性，抵抗滤波参数摄动与外界干扰，改善系统的稳态和动态性能。
[0062] 本发明的控制方法包括W下步骤：
[0063] 步骤1:DC/AC逆变器接受光伏侧母线直流电压Ud。，控制6个开关管的导通。假设Si- S6为理想开关，且它们的开关频率足够高，同时将其死区时间、电感及电容上的寄生电阻忽 略，则由基尔霍夫定律可得：
[0064] ahn业标累下.带巧盤的擲.学模型为
[00化]
(1)
[0066] 式中：Uc= [Uca Ucb Ucc]'--S相滤波电容电压；
[0067] iL=[iLa iLb iLc]T--S 相滤波电感电流；
[006引化nv=山nva化nvb化nvc]T--逆变器输出S相电压。
[0069] 逆变器中存在诸多的不确定因素，如滤波电感、电容实际参数与理论参数存在偏 差，滤波电感、电容的等效电阻无法精确测量，系统运行过程中滤波电感、电容的老化和负 载具有时变性等。考虑到上述诸多不确定因素，并使其符合反步设计的原则，式（1)重写为 一下形式：
[0070]
樹
[0071] 式中，A 1、A 2、A 3为系统参数不确定性部分（按照=相滤波参数的偏差一致考 虑）；Awi(t)，Aw2(t)为外界干扰。令不确定项和外界干扰的总不确定性为
[0072] di(t) = Il A I-Uc A 2+A wi(t) (3)
[0073] d2(t)=UinvA3-Uc A3+Aw2(t) (4)
[0074] 由式(2~4)可得=相全桥逆变器的非精确数学模型为
[0075]
Co;
[0076] 从系统的数学模型可W看出，式（1)为多输入多输出非线性系统，它隶属于式(6) 统一表达式：
[0077](6)
[007引 式中：Y = Uc=
[Uca Ucb Ucc]T[0079] (7)[0080] X = Il= [iLa iLb iLc]T (8)[0081 ] U = Uinv=Luinva Uinvb Uinvc!IT (9)[0082] Fi(y)=Fi'(y)+di(t) (10)
[0083]
[0084] (11)
[0085]
[0086]
[0087] (IS)
[0088] 步骤2:针对满足严格反馈控制结构的系统，在应用反向递推法设计时，基本思路 是将复杂的系统分解成不超过系统阶数的子系统，通过反向递推设计部分Lyapunov函数和 中间虚拟控制量，来完成整个控制器的设计。反步滑模控制方法，则是在反步设计的最后一 步，利用滑模变结构方法，选取滑模面及指数趋近律，设计系统的反步滑模反馈控制律。
[0089] 对于式(6)可知，系统的阶数为2,因此整个设计可分为两步。
[0090] 步骤2-1 :设计虚拟控制量Xref
[0091] 根据系统主要输出量，定义跟踪误差矩阵Ei为
[0092] Ei=[eui eu2 eu3]T = yre：f-y (14)
[009引式中yref=[Ucaref Ucbref Uccreff为输出期望值，对式（14)进行求导并整理后得到
[0094]
a日）
[00巧]定义P(丸ef，y)矩阵函数和辅助误差量E2矩阵函数为
[0096]
(16)
[0097] E2=[6il Gi2 Gi3]T =虹 ef-X (17)
[009 引 Xref=[iLaref iLbref iLcref]T 为虚拟控制量。
[0099] 将式（16)和（17)代入式（15)可得：
[0100] (18)
[0101]
[0102] - (19)
[0103] 其中
对反馈增益矩阵，与6蚊，且Gi(y)为非线性奇异方 阵。
[0104] 将式(19)代入式(18)得到
[0105]
(20)
[0106] 对于式(20)，如果E2一0，贝帖一0。
[0107] 选取Lyapunov函数为
[010 引
（21)
[0109] 对式(21)求导得到
[0110]
(22) [OW]由于ki为对角阵，Ei瓜为列矩阵，有
[0112] (23)
[0113] (24)
[0114] 将式(23),(24)代入式(22))中得到
[0115]
。5)
[0116] 步骤2-2:设计控制量矩阵U
[0117] 对式(17)求导得到
[011 引
[0119]
[0120]
[0121]
[0122]
[0123] 由于义^,，62，尸2(7，义），11为列矩阵，&为对角阵，则有
[0124] (28)
[0125] (29)
[0126] (30)
[0127] (31)
[012 引 （32)
[0129] 根据滑模控制理论，选择滑模面
[0130] s = E2 (33)
[0131] 滑模趋近律选为
[0132]
(34) k化 0 0
[013；3] 式中，11>〇,其中k.2= 0 k巧0为反馈增益矩阵，/^^1，422，^^23居吸+。 _ 0 0 V
[0134] 利用上面S式可得如下的控制律
[0135] 。巧）
[0136]
[0。7] (36)
[013引式中，存在不确定项d2(t)，难W通过式(36)判别系统的稳定性。
[0139] 根据=相电压型逆变器的工作原理，在一个开关周期内逆变器电容电压、电感电 流和光伏直流供电电压波动有限，设Cbi ( t )《dimax，i = 1，2，3，dimax为各相扰动的上限，选取 控制参数化 > 山1113、，则有
[0140]
[0141] 由式(36)可得
[0142]
[0143] 根据Lyapunov稳定性定理可知系统在全局意义下是渐近稳定的。
[0144] 将式(16)、（19)代入(35)得
[0145]
(37)
[0146] 步骤3:将逆变器系统的反馈控制模型作用于脉冲宽度调制(PWM)，对=相逆变器 进行控制，从而实现微电网稳定的=相逆变器逆推滑模控制。
[0147] 综上所述，可得到=相逆变器逆推滑模控制框图如图3所示。
[0148] 下面结合实施例进行更详细的描述：
[0149] 实施例
[0150] 基于PSCAD/EMTDC软件搭建仿真模型对控制器进行仿真验证。仿真参数如下:光伏 发电系统参数:光照强度lOOOlm/m2,环境溫度20°C ,Lpv= ImH,Cpv = SOO阳，Cdc= 1000阳;逆 变器参数:输出滤波电感L = 5mH，电容C = 47化F，本地负载为额定纯阻性负载Ra =化=Rc = 100 Q ;反馈控制律参数：kii = ki2 = ki3 = 3000，k2i = k22 = k23 = 2 5 0 0 0，ni = n2 = n3 = 100,S〇 = 46和hi = 100;输出电压参考值为S相对称的幅值为310V的工频正弦波（同电网电压），PWM 开关频率为f S =10曲Z。
[0151] 对光伏逆变器负载抗扰动能力进行仿真验证。负载在0.2s时刻由R=IOO Q跳变为 R = 50 Q，输出电压、电流波形如图4所示。可知，负载突变时，系统暂态过渡时间大约30ms， 输出电压波形基本无扰动，电流波形平滑地过渡到稳定状态，频率在50.0 l~49.99Hz之间 波动，扰动极小，表明本文所提控制策略具有快速的动态特性，对负载电流具有良好的抗扰 动能力。
[0152] 对光伏逆变器抗外界扰动能力进行仿真验证。溫度恒定20°C，光照强度在0.4s时 刻由1000 Im/m2突变为1500 Im/m2。0.43 S时刻由1500 Im/m2变为1000 Im/m2，输出电压、电流波 形及频率响应波形如图5所示。从仿真波形可W看出：光照强度变化时，光伏直流侧电压有 波动，但是逆变器输出电压和电流恒定，不受干扰，频率扰动极小，说明反步滑模控制策略 对光照强度变化扰动抵抗能力很强。
[0153] 光照强度恒定lOOOlm/m2,溫度在0.4s时刻由2(TC突变为25°C，0.43s时刻由25C 变为20°C，输出电压、电流波形及频率响应波形如图6所示。从输出电压和电流波形可W看 出：环境溫度变化时，光伏直流侧电压有相应的扰动，逆变器输出电压和电流恒定，频率扰 动极小，说明反步滑模控制策略对光照强度变化扰动抵抗能力很强。
[0154] 在纯阻性额定负载情况下对光伏逆变器抗滤波参数摄动能力进行仿真验证，光照 强度选取lOOOlm/m2,溫度选取20°C，负载电阻50Q。图7为L = 6.4mH、C = 470iiF时负载电压、 负载电流、频率响应仿真波形，电压THD为0.027%;对其他滤波参数组合进行了仿真测试， 测试结果为L = 6.4mH、C = 500阳时，电压T皿为0.022%;L = 5恤、C = 470阳时，电压T皿为 0.032% ; L = 5mH、C = 450 阳时，电压 THD 为 0.052 % ; L = 7.5mH、C = 500 阳时，电压 THD 为 0.03%。上述结果表明，本文所提控制策略对于逆变器LC滤波参数变化不敏感，输出电压稳 态误差和崎变小，频率无静差，能够保证输出电压准确、快速地跟踪参考信号。
[0155] 非线性负载采用S相不控整流桥负载，整流器滤波电容为1500邮，负载电阻为100 Q，图8为逆变器非线性负载时的仿真波形。可知，在非线性负载情况下电压波形崎变小，输 出电压T皿= 0.42%，频率不受影响;在相同条件下，采用逆系统滑模的控制方法，仿真结果 中THD=I.07%;经过控制效果对比可知，说明该控制策略能有效抵抗非线性负载造成的谐 波干扰。
[0156] 不平衡负荷会增加系统运行电压的不平衡度和谐波崎变率，影响微电网电能质 量。不平衡负荷只考虑线性不平衡负荷，采用Ra = 30Q，Ra = 20Q，Ra = 20Q。采用PQ控制的 微源逆变器，受不平衡负荷的影响，输出电压失衡现象严重，=相电压波形不规整。电压不 平衡度在6.9%左右，严重超出电力系统安全运行规定的电压不平衡度要求范围。采用滑模 变结构的带不平衡负荷的仿真结果如图9所示。可W看出，采用反步滑模控制时，系统电压 不平衡度从6.9%下降到0.37%，T皿=0.78%。系统频率在49.95~50.1 OHz之间波动，满足 规定系统频率安全波动范围。由此可W看出，滑模控制器的接入消除了不平衡负荷对微电 网和电能质量的影响，优化了微电网的供电质量，保证了微电网内设备的安全运行。
[0157] 本发明充分考虑=相逆变器系统受滤波参数的不确定性与外界干扰等多种因素 的影响，利用滑模变结构的滑动模态具有不变性，对系统数学模型依赖程度低，对于系统参 数摄动W及外界干扰具有很强的鲁棒性的特点，将逆推法与滑模控制的方法相结合，W滤 波电容电压与电感电流为控制变量建立逆变器系统的数学模型，W控制变量的跟踪误差作 为控制器的输入，推导出逆变器系统的反馈控制律作用于脉冲宽度调制对=相逆变器进行 控制。本发明设计合理，综合考虑工程应用实际，具有良好的稳态和动态特性，对参数摄动 与负载扰动具有很强的鲁棒性，不仅适用于线性、非线性及不平衡负载，且可推广到其他不 同类型的=相逆变器中，为逆变器控制系统设计提供了一种思路，具有良好的工程应用前 景。
【主权项】
1. 一种实现微电网稳定的Ξ相逆变器逆推滑模控制方法，其特征在于，包括W下步骤： 步骤A、W滤波电容电压与电感电流为控制变量建立逆变器系统的数学模型； 步骤B、将逆推法与滑模变结构控制方法相结合，构建逆变器系统的反馈控制模型； 步骤C、将逆变器系统的反馈控制模型作用于脉冲宽度调制(PWM)，对Ξ相逆变器进行 控制，从而实现微电网稳定的Ξ相逆变器逆推滑模控制。2. 根据权利要求1所述的实现微电网稳定的Ξ相逆变器逆推滑模控制方法，其特征在 于，步骤A中所述的逆变器系统的数学模型为：式中，11。=[11。3 Ucb UccjT为采集到的Ξ相滤波电容电压；iL=[iLa iLb iLcjT为采集到的 Ξ相滤波电感电流;U = Uinv=[Uinva Uinvb UinvcjT为Ξ相逆变器的输出电压，L、C为滤波电感 值和滤波电容值，R为本地负载电阻值;dl(t)为电压参数不确定项和外界干扰的总摄动项 矩阵，Cb(t)为电流参数不确定项和外界干扰的总摄动项矩阵。3. 根据权利要求1所述的实现微电网稳定的Ξ相逆变器逆推滑模控制方法，其特征在 于，步骤B中逆变器系统的反馈控制模型为：= [eui eu2 eu3]T为输入跟踪误差变量矩阵，/化/心W 了为El子系统的虚拟控制 量矩阵Xref=[iLaref iLbref iLcref]T的导数，S为滑模变结构控制选取的滑模面矩阵，Sgn(S) 为其对应的符号函数心=(11曰旨化21山2，1?3)、11 = (11曰旨(111，112，113)为可调节的控制参数矩 阵。4. 根据权利要求2所述的实现微电网稳定的Ξ相逆变器逆推滑模控制方法，其特征在 于，电压参数不确定项和外界干扰的总摄动项矩阵di(t)为： di(t) = 1L A i-Uc A 2+ Δ wi(t) 式中，Δ 1、Δ 2为系统滤波参数的不确定性部分；Awi(t)，为外界干扰，由逆变器直流侧 电压不稳定或者负载波动引起； 电流参数不确定项和外界干扰的总摄动项矩阵cb(t)为： d2(t)=Uinv A 3-UcA 3+Δ W2(t) 式中，A 3为系统滤波参数的不确定性部分；Δ W2(t)为外界干扰，主要由逆变器直流侧 电压不稳定或者负载波动引起。5. 根据权利要求3所的实现微电网稳定的Ξ相逆变器逆推滑模控制方法，其特征在于： 所述滑模变结构控制选取的滑模面矩阵为：S = E2,其对应的滑模趋近律为 s = -Tisgn(s)-k2S ； 其中，E2 = Xref-iL=[eii ei2 ei3]T，sgn(s) = [sgn(eii) Sgn(ei2) sgn(ei3)]T; 所述的虚拟控制量矩阵Xref为其中，kl = diag化Il，kl2，kl3)为可调节的控制参数矩阵，式中，％滤波电容电压的参 考值的导数，参考值yref = [Ucaref UGbref UGGref]T为Ξ相对称的幅值为310V的工频正弦波。 6 .-种实现权利要求1所述Ξ相逆变器逆推滑模控制方法的系统，其特征在于，包括信 息采集模块、虚拟控制模块、逆推滑模控制模块、脉宽调制模块和Ξ相逆变器，其中： 信息采集模块采集逆变器的输出信号，该信号包括Ξ相滤波电容电压值，Ξ相滤波电 感电流值； 虚拟控制模块接收信息采集模块采集到的逆变器输出信号，并对该信号与对应的参考 值进行比对，并将比对结果发送给虚拟控制模块和逆推滑模控制模块； 虚拟控制模块对比对结果进行反向逆推处理，并将处理结果传输给逆推滑模控制模 块； 逆推滑模控制模块对接收的信号进行反步逆推与滑模控制处理，并将处理结果传输给 脉宽调制模块； 脉宽调制模块对接收的信号进行脉宽调制后发送给Ξ相逆变器的六个开关，实现对Ξ 相逆变器逆推滑模控制。7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，虚拟控制模块对比对结果进行反向逆推处 理所用公式为：8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，逆推滑模控制模块对接收的信号进行反步 逆推与滑模控制处理所用公式为：
【文档编号】H02M7/48GK105978373SQ201610487493
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】王宝华, 洪珊, 蒋力, 吴捷, 单馨, 杨加意, 李捷, 周燠, 张 浩, 郭鹏
【申请人】南京理工大学