[發(fā)明專利]單相光伏并網(wǎng)逆變器的模糊自適應(yīng)滑模控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610396981.5
• 申請(qǐng)日: 2016-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105846470B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧立華;費(fèi)峻濤;蔡昌春;江冰;薛云燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02M3/156;H02M7/537
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單相光伏并網(wǎng)逆變器的模糊自適應(yīng)滑?？刂品椒ā?/p>

背景技術(shù)

隨著化石能源的枯竭和人類對(duì)清潔能源的需求，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)近年來(lái)得到快速發(fā)展，然而光伏發(fā)電本身具有不穩(wěn)定性和間歇性的特點(diǎn)，其并網(wǎng)電能的質(zhì)量和發(fā)電效率受外界環(huán)境狀態(tài)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性和外界干擾等多種因素的影響，因而有效的逆變器控制算法是解決光伏系統(tǒng)并網(wǎng)問(wèn)題的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的小型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)通常采用兩級(jí)式高頻不帶隔離變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：即前級(jí)采用Boost電路實(shí)現(xiàn)DC-DC(直流-直流)變換，后級(jí)采用高頻逆變器實(shí)現(xiàn)DC-AC(直流-交流)變換。其在Boost電路中通過(guò)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制，提高發(fā)電能力，但是，在進(jìn)行逆變器控制時(shí)，需要建立光伏系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，無(wú)法計(jì)及系統(tǒng)參數(shù)的不確定性和外界擾動(dòng)，控制的穩(wěn)定性和魯棒性差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種單相光伏并網(wǎng)逆變器的模糊自適應(yīng)滑?？刂品椒?，無(wú)需建立光伏系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，采用模糊自適應(yīng)控制來(lái)逼近被控對(duì)象，使得系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外界擾動(dòng)均被計(jì)及；采用滑?？刂瓢凑针妷浩钤O(shè)計(jì)控制率，使得控制具有魯棒性，能夠滿足穩(wěn)定性和魯棒性的要求，當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境發(fā)生突變時(shí)，控制算法能可靠工作，使得單相光伏系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的正弦交流電壓。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

單相光伏并網(wǎng)逆變器的模糊自適應(yīng)滑模控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、建立計(jì)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性和外界干擾項(xiàng)的光伏逆變器數(shù)學(xué)模型；

步驟2、進(jìn)行滑?？刂破髟O(shè)計(jì)；

步驟3、進(jìn)行模糊自適應(yīng)滑?？刂破髟O(shè)計(jì)；

步驟4、滑?？刂破骱湍：赃m應(yīng)滑?？刂破鞯妮敵鰧?duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行控制。

優(yōu)選，光伏系統(tǒng)采用兩級(jí)式高頻不隔離并網(wǎng)電路，包括光伏陣列、負(fù)載、前級(jí)的Boost升壓電路和后級(jí)的逆變電路，其中，單相光伏并網(wǎng)逆變器采用全橋結(jié)構(gòu)，包括開(kāi)關(guān)管S₁、S₂、S₃和S₄，設(shè)S₁和S₄的占空比為D，則S₂和S₃的占空比為1-D，步驟1中根據(jù)電路定理和狀態(tài)空間平均法建立光伏逆變器數(shù)學(xué)模型。

優(yōu)選，建立光伏逆變器數(shù)學(xué)模型的具體步驟為：

當(dāng)S₁和S₄導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)電路定理可知：

式中，C_ac、L_ac為逆變器交流側(cè)電容和電感，v_dc為逆變器直流側(cè)電壓，v_ac為逆變器交流側(cè)電壓，i_ac為逆變器電感電流，R_L為電網(wǎng)負(fù)載；

當(dāng)S₂和S₃導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)電路定理可知：

根據(jù)狀態(tài)空間平均法，則一個(gè)周期內(nèi)逆變器的數(shù)學(xué)模型可以描述為(1)式×D+(2)式×(1-D)，即

對(duì)(4)式求導(dǎo)得

把(3)式代入(5)式整理后得

令狀態(tài)變量x＝v_ac，則

考慮到實(shí)際應(yīng)用中逆變器會(huì)受到參數(shù)不確定性、外界因素的干擾，加入干擾項(xiàng)的系統(tǒng)狀態(tài)方程為：

式中Δ₁、Δ₂為由電容和電感的參數(shù)引起的誤差項(xiàng)，為外界干擾；

令綜合干擾項(xiàng)

則(8)式變?yōu)?/p>

令則(10)式變成

(11)式即為計(jì)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性和外界干擾項(xiàng)的逆變器數(shù)學(xué)模型。

優(yōu)選，步驟2中進(jìn)行滑?？刂破髟O(shè)計(jì)的具體步驟如下：

定義跟蹤誤差e＝x-v_ac*＝v_ac-v_ac*(12)

定義滑模面為

式中，k₁、k₂為滑模面系數(shù)，v_ac*為電網(wǎng)參考電壓；

則滑模面一階導(dǎo)數(shù)

定義Lyapunov函數(shù)

由(12)式求二階導(dǎo)數(shù)得代入(14)式，

則

根據(jù)(10)式可知代入(16)式有：