一种并网逆变器Narendra自适应控制算法的制作方法

本发明涉及一种并网逆变器narendra自适应控制算法。

背景技术：

随着分布式新能源并网技术的发展，对并网逆变器的性能要求越来越高。电力电子装置是一种强耦合，非线性的系统。目前单纯地采用线性控制，如pid控制可以满足多数场合，但其控制性能有限，并不能完全消除逆变器误差。同时，由于电网含有各种谐波，及其幅值的波动，电路中的杂散参数影响将对系统带来干扰，并且逆变器带有感性滤波元件与dsp数字控制存在的时滞问题，以及控制器设计时将逆变器的桥臂输出作为一个常系数比例环节，而系统是非线性，其比例系数应该是时变的。以上因素将大大降低并网逆变器输出波形质量，并且这些参数变化是不可测的。因此，为改善进入电网的电流波形质量，可以在已设计完成的理想控制器环节引入自适应控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于进一步改善并网逆变系统性能，提供一种并网逆变器narendra自适应控制算法，该算法在原先设计完成的控制器上加入narendra自适应控制，可以根据自适应律对控制器进行调节，使得被控对象的动态、静态性能逼近所设定的参考模型。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种并网逆变器narendra自适应控制算法，包括如下步骤，

引入两个辅助信号发生器f1、f2，其中，辅助信号发生器f1的状态方程、输出方程和传递函数分别为：

ω1＝c^tv1

辅助信号发生器f2的状态方程、输出方程和传递函数分别为：

令yp＝h^txp，

ω2＝d^tv2+d0yp

式中v1，v2，c，d为(n-1)维列向量，i为单位矩阵，yp为并网逆变器输出电流，f1和f2的λ和b完全相同，可分别表示为：

其中，l1、ln-1为假设的变量；列向量c和d可分别表示为：

c^t＝[c1c2…cn-1]，d^t＝[d1d2…dn-1]

传递函数w1(s)和w2(s)中的分母n(s)是(n-1)阶首一古尔维茨多项式，分子c(s)和d(s)都是(n-2)阶多项式，它们的系数分别是向量c和d的元素；

设并网逆变器的传递函数为：

则辅助信号发生器与并网逆变器一起组成的系统的传递函数为：

其中，vd为输入电压，l为电感量，r(s)为输入信号，yp(s)为输出传递函数，k0为系数；

选取参考模型，设参考模型的传递函数为wm(s)，为使得并网逆变器实现自适应控制，则需并网逆变器的传递函数与参考模型的传递函数相同，即wp(s)＝wm(s)，便可得到辅助信号发生器参数；

设并网逆变器输出电流与参考模型输出间的误差为e1＝yp-ym；

设2n维向量ω表示系统中的信号向量为

设2n维向量θ表示系统中可调节参数向量为

θ^t＝[k0c^td0d^t]

接着根据lyapunov稳定性定理，选取lyapunov函数为

式中p和г都是正定对称矩阵；虽然在这边引入p矩阵，但只是用来过渡，实际上并不需要求出实际矩阵参数；为方便计算，可令г矩阵为单位矩阵，可得自适应律为

即

其中，ω为信号向量，e1为广义误差；

故得

最后，结合pll锁相环，令输入信号r为标准的正弦波，最终可得出并网逆变器的控制信号u(s)；控制信号u(s)控制并网逆变器四个开关管的动作，从而使得并网逆变器输出电流跟踪参考模型的输出。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明算法针对电力电子的非线性特性，传统控制器性能有限，为进一步改善并网逆变器性能，采用narendra自适应控制，以单电流环为架构，首先采样电网电压跟踪相位，以及电网电流进行反馈，通过选择合适的参考模型，使得输出达到理想效果。

附图说明

图1是并网逆变器自适应控制原理框图。

图2是本发明采用的系统简化框图。

图3是采用psim仿真软件搭建的控制框图。

图4是psim仿真软件搭建的并网逆变电路。

图5是输出电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明的一种并网逆变器narendra自适应控制算法，包括如下步骤，

引入两个辅助信号发生器f1、f2，其中，辅助信号发生器f1的状态方程、输出方程和传递函数分别为：

ω1＝c^tv1

辅助信号发生器f2的状态方程、输出方程和传递函数分别为：

令yp＝h^txp，

ω2＝d^tv2+d0yp

式中v1，v2，c，d为(n-1)维列向量，i为单位矩阵，yp为并网逆变器输出电流，f1和f2的λ和b完全相同，可分别表示为：

其中，l1、ln-1为假设的变量；列向量c和d可分别表示为：

c^t＝[c1c2…cn-1]，d^t＝[d1d2…dn-1]

传递函数w1(s)和w2(s)中的分母n(s)是(n-1)阶首一古尔维茨多项式，分子c(s)和d(s)都是(n-2)阶多项式，它们的系数分别是向量c和d的元素；

设并网逆变器的传递函数为：

则辅助信号发生器与并网逆变器一起组成的系统的传递函数为：

其中，vd为输入电压，l为电感量，r(s)为输入信号，yp(s)为输出传递函数，k0为系数；

选取参考模型，设参考模型的传递函数为wm(s)，为使得并网逆变器实现自适应控制，则需并网逆变器的传递函数与参考模型的传递函数相同，即wp(s)＝wm(s)，便可得到辅助信号发生器参数；

设并网逆变器输出电流与参考模型输出间的误差为e1＝yp-ym；

设2n维向量ω表示系统中的信号向量为

设2n维向量θ表示系统中可调节参数向量为

θ^t＝[k0c^td0d^t]

接着根据lyapunov稳定性定理，选取lyapunov函数为

式中p和г都是正定对称矩阵；虽然在这边引入p矩阵，但只是用来过渡，实际上并不需要求出实际矩阵参数；为方便计算，可令г矩阵为单位矩阵，可得自适应律为

即

其中，ω为信号向量，e1为广义误差；

故得

最后，结合pll锁相环，令输入信号r为标准的正弦波，最终可得出并网逆变器的控制信号u(s)；控制信号u(s)控制并网逆变器四个开关管的动作，从而使得并网逆变器输出电流跟踪参考模型的输出。

以下为本发明的具体实现过程。

本发明的并网逆变器自适应控制算法，以双buck全桥并网逆变器为例(如图2所示)，其包括直流电压vd，电网vg，电容cd，二极管d1、d2、d3、d4，开关管s1、s2、s3、s4，电感l1、l2；pll锁相环采样电网电压并跟踪其相位，电流传感器采样电网电流作为反馈信号，并与基准电流给定、参考模型给定、自适应律等一起作为自适应控制的输入端，开关管s1-s4的驱动信号作为自适应控制的输出端，即与图2中的mcu连接，自适应算法在mcu中实现。usensor采样电压，进入mcu对电网电压进行锁相，判断电压过零点及正、负半周。ig为网侧的采样电流，进入mcu作为电流环采样反馈。

其电路工作模态为：当电网电压从负半周过零时，经pll锁相以及电网电流采样进mcu，通过narendra自适应控制算法得到控制信号u，即占空比。当u为正，工频管s3导通、s4关断，高频管s2以占空比u作高频开关动作。当s2开通时，电流从直流源vd经过二极管d3，工频管s3，电感l2，高频管s2流回vd。当高频管s2关断时，网侧电流从l2经过d2、d3、工频管s3、电网、l2续流。

当u为负时，工频管s4导通，s3关断，高频管s1以占空比|u|作高频开关动作。当s1开通时，电流从直流源vd经过二极管d4，工频管s4，电感l1，高频管s1流回vd。当高频管s1关断时，网侧电流从l1经过d1、d4、工频管s4、电网、l1续流。

本发明方法的仿真电路通过psim仿真软件搭建，如图3、4所示分别为psim仿真软件搭建的控制框图及psim仿真软件搭建的并网逆变电路。

本发明方法的原理框图如图1表示，其中，并网逆变器的传递函数为wp(s)，参考模型的传递函数为wm(s)。辅助信号发生器f1和f2都是(n-1)阶的稳定动态系统。辅助信号发生器f1的状态方程、输出方程和传递函数分别为：

ω1＝c^tv1

辅助信号发生器f2的状态方程、输出方程和传递函数分别为：

ω2＝d^tv2+d0yp

式中v1，v2，c，d为(n-1)维列向量，f1和f2的λ和b完全相同，可分别表示为：

列向量c和d可分别表示为：

c^t＝[c1c2…cn-1]，d^t＝[d1d2…dn-1]

传递函数w1(s)和w2(s)中的分母n(s)是(n-1)阶首一古尔维茨多项式，分子c(s)和d(s)都是(n-2)阶多项式，它们的系数分别是向量c和d的元素，为系统的可调参数。设并网逆变器的传递函数为：

上述两个辅助信号发生器与并网逆变器一起组成如图2所示的系统。根据图2可得整个系统传递函数为：

自适应控制的作用就是使并网逆变器系统的传递函数与参考模型的传递函数相同，即wp(s)＝wm(s)，便可得到辅助信号发生器参数。

设并网逆变输出电流与参考模型输出间的误差为e1。

设2n维向量ω表示系统中的信号向量为

设2n维向量θ表示系统中可调节参数向量为

θ^t＝[k0c^td0d^t]

接着根据lyapunov稳定性定理，这里不做累述，选取lyapunov函数为

式中p和г都是正定对称矩阵。可得自适应律为

参考模型的选取，可根据未引入自适应控制之前设计完成的控制器，也可以采用其它理想输出的二阶控制器。

最后，结合pll锁相环，令输入信号r为标准的正弦波，最终可得出并网逆变器的控制信号u(s)。控制信号u(s)控制逆变器四个开关管的动作，从而使得并网逆变器输出电流跟踪参考模型的输出。

图5为经本发明并网逆变器narendra自适应控制算法自适应控制后，双buck全桥并网逆变器电路的输出波形图，其中，ig为电网电流波形，ref为给定电流波形。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。