一種光伏併網逆變器的自適應模糊積分滑模控制方法與流程

2023-11-30 03:01:01

本發明屬於逆變器控制方法
技術領域：
，具體涉及一種光伏併網逆變器的自適應模糊積分滑模控制方法，利用模糊積分滑模控制技術實現對逆變器的自適應控制。
背景技術：
：隨著新能源技術的興起，光伏發電已成為電力資源不可或缺的一部分。然而要實現光伏併網，逆變器是必須的一個環節。併網逆變器的優劣，直接影響著電能質量及電網安全。逆變器是一種將直流電轉化成交流電的電力器件，逆變器的控制目標是實現併網電壓對電網參考電壓的跟蹤。傳統的控制方法有PID、滯環控制等，但由於光伏系統實際運行的特點，傳統方法並不理想，其抗幹擾能力及魯棒性較差。滑模控制是一種非線性控制方法，它的特點是系統結構不固定，而是根據系統當前狀態，有目的地按照設定好的滑動模態進行變化。相比於傳統控制方法，滑動模態的設計與對象參數及擾動無關，這就使得滑模控制對參數變化及擾動不靈敏，物理實現簡單。模糊控制是基於模糊邏輯的一種控制方法，其特點是利用人的控制經驗融入到控制器中，已有學者將模糊控制應用到逆變器控制中。萬能逼近定理表明，模糊逼近器是除多項式逼近、神經網絡逼近外的又一個萬能逼近器，萬能逼近器是自適應模糊控制的基礎。技術實現要素：針對傳統逆變器控制方法的不足，將模糊控制和滑模控制結合併應用到併網逆變器中，提出一種光伏併網逆變器的自適應模糊積分滑模控制方法，完成對逆變器的順利併網。實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：一種光伏併網逆變器的自適應模糊積分滑模控制方法，包括以下步驟：步驟一、採用狀態空間平均法，建立一個周期內的光伏併網逆變器數學模型；步驟二、對光伏併網逆變器數學模型進行修正，得到帶有幹擾項的光伏併網逆變器數學模型；步驟三、建立基於光伏併網逆變器的滑模控制器的等效控制律方程；步驟四、對滑模控等效控制律中的未知項進行補償，得到補償後的滑模控制器的控制律方程；步驟五、採用模糊控制系統來逼近幹擾項的界；步驟六、設計自適應律，得到最終的自適應模糊積分滑模控制器的控制律方程；步驟七、根據控制律方程，產生控制信號，控制逆變器的各個電力開關管。所述步驟一中的一個周期內的光伏併網逆變器數學模型為：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc---(1)]]>其中，uac為逆變器併網電壓，udc為直流側電壓，D為逆變器上呈對角關係的開關管S1、S4佔空比，Cac、Lac分別為逆變器交流側電容及電感，RL為交流側負載。所述步驟二中的修正後的光伏併網逆變器數學模型為：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc+g(t)---(2)]]>其中，g(t)代表模型不確定性及外界幹擾。所述步驟三中，等效控制律方程為：Deq=0.51+LacCacudc(1RLCacuac+1LacCacuac+uacr-k1e-k2e-g)---(4)]]>其中，為uac的二次導數，uacr為電網參考電壓，為電網參考電壓的二次導數，e輸出電壓與參考電壓之間的跟蹤誤差，g為模型不確定性及外界幹擾，k1、k2均為可調係數，可以根據實際需求來設定。所述步驟四中，補償後的滑模控制器的控制律方程為：D＝Deq+Dsw(5)Dsw=0.5*LacCacudc(g-gEsgn(s))---(6)]]>其中，gE為幹擾項g的界，滿足|g|≤gE，sgn為符號函數，s為滑模函數，e＝uac-uacr，所述步驟五中，採用模糊系統來逼近幹擾項的界gE，具體為：g^E=a^Tξ]]>其中，為幹擾項界gE的估計值，為可調參數，[]T表示轉置，ξ為模糊基向量。所述自適應律為：a^=η|s|ξ]]>其中，η為一正常數，s為滑模函數，ξ為模糊基向量；最終自適應模糊積分滑模控制器的控制律方程為：g^E=a^Tξa^=η|s|ξD=0.51+LacCacudc(1RLCacuac+1LacCacuac+uacr-k1e-k2e-g^Esgn(s)).]]>本發明的有益效果：本發明由於使用了滑模控制，使得系統具有對參數變化及幹擾不敏感的特性；模糊控制器的使用，使系統能自適應地補償幹擾，系統魯棒性較強；逆變器輸出電壓受直流側電壓影響很小，不必使用大電容來穩定直流側電壓。附圖說明圖1所示為本發明一種具體實施的主電路結構示意圖。圖2所示為本發明一種具體實施的方法結構示意圖。圖3所示為逆變器併網電壓波形圖。圖4所示為電壓跟蹤效果圖。圖5所示為電壓跟蹤誤差圖。圖6所示為跟併網電壓頻譜圖。圖1中，udc—直流側電壓，uac—併網電壓，uacr—電網參考電壓，Cdc—直流側電容，Lac—交流側電感，Cac—交流側電容，RL—負載，S1-S4—電力開關管。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。參見圖1，本發明的逆變器控制結構使用全橋結構，由4個電力開關(S1～S4)管組成兩組橋臂。Cac、Lac分別為逆變器交流側電容及電感，RL為交流側負載，Cdc為直流側電容。通過控制開關管佔空比(S2、S3佔空比為1-D，S1、S4佔空比為D)，完成逆變器輸出電壓對電網電壓的跟蹤。參見圖2，一種光伏併網逆變器的自適應模糊積分滑模控制方法，包括以下步驟：步驟一、採用狀態空間平均法，建立一個周期內的光伏併網逆變器數學模型；步驟二、對光伏併網逆變器數學模型進行修正，得到帶有幹擾項的光伏併網逆變器數學模型；步驟三、建立基於光伏併網逆變器的滑模控制器的等效控制律方程；步驟四、對滑模控制律中的未知項進行補償，得到補償後的滑模控制器的控制律方程；步驟五、採用模糊控制系統來逼近幹擾項的界；步驟六、設計自適應律，得到最終的自適應模糊滑模控制器的控制律方程；步驟七、利用所得的控制律方程，產生控制信號，控制逆變器的各個電力開關管。實施例一(1)根據電路理論，採用狀態空間平均法，建立一個周期內的光伏併網逆變器數學模型：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc---(1)]]>其中，uac為逆變器併網電壓，udc為直流側電壓，D為逆變器上呈對角關係的開關管S1、S4佔空比，Cac、Lac分別為逆變器交流側電容及電感，RL為交流側負載。(2)模型修正由於實際運行中，逆變器受到建模誤差及外界幹擾的影響，需對(1)式的光伏併網逆變器數學模型修正。考慮系統不確定性及外界幹擾的實際逆變器數學模型為：d2uacdt2=-1RLCacduacdt-1LacCacuac+2D-1LacCacudc+g(t)---(2)]]>其中，g(t)為模型不確定性及外界幹擾。(3)設計滑模控制器通過控制開關管佔空比D，使逆變器交流側電壓uac能跟蹤上電網參考電壓uacr。滑模控制器設計首先定義滑模面，然後設計等效控制律，使系統狀態軌跡收斂到滑模面並停留在滑模面上。定義滑模函數(即積分滑模面)：s(t)=uac(t)-0tuacr(i)-k1e(t)-k2e(t)dt---(3)]]>其中：跟蹤誤差e＝uac-uacr，uacr為電網參考電壓；對滑模函數s求導，並令得到等效控制律：Deq=0.51+LacCacudc(1RLCacuac+1LacCacuac+uacr-k1e-k2e-g)---(4)]]>其中，為uac的二次導數，uacr為電網參考電壓，為電網參考電壓的二次導數，e輸出電壓與參考電壓之間的跟蹤誤差，g為模型不確定性及外界幹擾，k1、k2均為可調係數。(4)針對滑模控制器的控制律方程中的未知項g，採用切換控制項Dsw進行補償補償後的滑模控制器的控制律方程為：D＝Deq+Dsw(5)Dsw=0.5*LacCacudc(g-gEsgn(s))---(6)]]>其中，gE為幹擾項g的界，滿足|g|≤gE，sgn符號函數，s為滑模函數，e＝uac-uacr，(5)採用模糊系統來逼近幹擾項的界gE，具體為：g^E=a^Tξ]]>其中，為幹擾項界gE的估計值，為可調參數，ξ為模糊基向量。(6)基於李雅普諾夫穩定性定理設計自適應律為：a^=η|s|ξ]]>其中，η為一正常數，s為滑模函數，ξ為模糊基向量；最終的自適應模糊滑模控制器的控制律方程為：g^E=a^Tξa^=η|s|ξD=0.51+LacCacudc(1RLCacuac+1LacCacuac+uacr-k1e-k2e-g^Esgn(s)).]]>(7)根據步驟6所得控制律(即佔空比D)，和三角載波比較，產生4路PWM波控制信號，控制逆變器4個開關管，得到逆變輸出電壓，從而實現併網。(8)通過仿真，驗證發明在simulink裡建立仿真模型，逆變器直流側接光伏系統，主電路如圖1所示，仿真結果如圖3至圖6所示，仿真參數如表1。表1圖3所示，逆變器輸出電壓正弦性很好，波形平滑。圖4所示，逆變器輸出電壓波形很快跟蹤上電網電壓，並與電網電壓波形重合。圖5所示，逆變器跟蹤誤差很快收斂到0。圖6所示，由頻譜圖可看出，併網電壓諧波含量很低，35個周波的THD僅為0.55％；圖中，橫軸代表諧波次數，縱軸代表諧波含量；基波頻率為50Hz。綜上：本發明由於使用了滑模控制，使得系統具有對參數變化及幹擾不敏感的特性；模糊控制器的使用，使系統能自適應地補償幹擾，系統魯棒性較強；逆變器輸出電壓受直流側電壓影響很小，不必使用大電容來穩定直流側電壓。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp