[發明專利]一種單相逆變器實用穩定控制方法

在審

• 申請號: 201810134005.1
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108322071A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 李钷;林霞;劉瑞楠;李睿煜;張景瑞;關明杰
• 申請（專利權）人: 廈門大學;廈門大學深圳研究院
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明提出一種單相逆變器實用穩定控制方法，控制器基于PWM控制下，通過構建離散的無源Lyapunov函數，得到漸進穩定的離散系統，消除切換速率受限的問題；引入端點等價的方法，消除輸入有限集的約束，通過求解端點等式，推導出實用穩定性的逆變器電流跟蹤控制律，并且推導說明了等面積原理下的PWM意味著實用穩定性。本發明考慮了切換過程，比PWM方法更加精確；所提供的方法在傳統穩定性控制和輸入有限集控制之間搭建了橋梁，為傳統無輸入受限系統的控制方法直接移植到輸入受限系統提供了支撐。本發明在實用穩定性概念下，實現單相逆變器輸出電流的高精度跟蹤控制，能確保逆變器電流跟蹤可行，并且跟蹤誤差是收斂的。

技術領域

本發明屬于變流器控制領域，具體涉及一種確保單相逆變器電路實用穩定的控制方法。

背景技術

通過控制開關元件的通斷，逆變器能將電流從直流變成交流。現階段，逆變器在工業領域得到了廣泛應用，如光伏并網系統以及交流電機驅動系統等。不穩定的逆變器控制方法會導致逆變失敗，輕則影響系統性能，嚴重的甚至會導致開關元件擊穿，威脅生產和生活安全。

主要的逆變器控制方法包括比例積分控制(PI)、滑模控制、模型預測控制(MPC)以及智能控制等，這些方法從不同的角度實現逆變器電流的跟蹤控制或改善了控制效果。PI以及滑模控制等基于平均值模型的方法在控制器的設計過程中并沒有考慮逆變器的輸入狀態為有限集，開關元件切換對逆變器穩定性的影響并未考慮。智能控制等方法在實驗上是可行的，但是一方面實現過程太復雜，另一方面智能算法的穩定性在理論上還有待進一步的研究，離實際使用還有一定的距離。逆變器的MPC控制有考慮輸入有限集和開關元件切換速率兩個約束，但是其控制算法是通過求解最優問題得到的，不能保證穩定性。為了將穩定性引入MPC，Aguilera R P等人于2011年在Proceeding of Workshop PredictiveControl Electrical Drives Power Electronics上發表文章《On stability andperformance of finite control set MPC for power converters》，實現了確保穩定的逆變器MPC控制。其方法將Lyapunov函數作為MPC的代價函數，降低了MPC的靈活性，實用性差。因此，有必要設計一種實用性更強的逆變器穩定控制方法。

發明內容

本發明通過引入端點等價方程，將輸入有限集切換速率受限的逆變器穩定控制問題轉化為離散時間穩定控制問題，通過求解該問題，實現了一種邏輯簡單、易于實現的單相逆變器實用穩定控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種單相逆變器實用穩定控制方法，包括：

步驟1，構建單相逆變器控制系統；所述控制系統包括逆變器、驅動器、直流電源電壓、控制器及電流傳感器；所述控制器的一輸入端外接直流電源電壓，其輸出端輸出控制信號至驅動器驅動開關器件動作；所述逆變器的輸入端與所述驅動器輸出相連接，其輸出端輸出逆變后的交變電流連接至RL感性負載，并串聯電流傳感器；電流傳感器實時采集電流信號，以固定的采樣頻率，將電流信號發送至控制器中，進行跟蹤控制；

步驟2，基于所述控制系統構建系統模型；按照電路的物理特性，構造基于無源性的Lyapunov函數；將采集的電流信號及控制電壓利用歐拉前項差分，得到離散控制模型；

步驟3，基于所述控制系統和所述系統模型，考慮輸入有限集的約束，按照端點等價方法，通過求解端點等式得到占空比，推導出實用穩定性的控制律；將得到的控制律應用到逆變器電流跟蹤控制中，使負載電流信號跟蹤設定的參考跟蹤電流，實現逆變器電流的穩定跟蹤。

優選的，構造的Lyapunov函數如下：