CN104953875B - 一种离网逆变器的重复滑模控制方法 - Google Patents
一种离网逆变器的重复滑模控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104953875B CN104953875B CN201510411831.2A CN201510411831A CN104953875B CN 104953875 B CN104953875 B CN 104953875B CN 201510411831 A CN201510411831 A CN 201510411831A CN 104953875 B CN104953875 B CN 104953875B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- control
- mfrac
- inverter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
一种离网逆变器的重复滑模控制方法是采集离网单相电压型全桥逆变器的电容电流和输出电压，建立逆变器平均开关周期模型；定义控制变量和的跟踪误差，推导滑模控制的等效控制模型；将等效控制模型分解为跟踪误差校正环节和参考信号前馈环，并在输入端嵌入改进重复控制器，设计形成重复滑模控制离网逆变器；根据系统传递函数，推导其误差表达式及稳定条件；根据稳定条件整定控制器相关参数，推导重复滑模控制方法的控制律。本发明将滑模控制方法和改进型重复控制方法相结合，具有稳态控制精度高、动态响应速度快、负载适应性强等优点，为高性能离网逆变器提供了一种有效的控制方法，具有良好的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种离网逆变器的控制方法，尤其是一种基于滑模控制和重复控制的离网逆变器的控制方法，属于电能变换领域。
背景技术
分布式发电系统以及可再生能源的发展，逆变器作为与大电网或微电网的接口电路，其重要性日益凸显。逆变器控制方法必须使得逆变器在任意负载条件下均能够为负载提供高质量的交流输出。同时，可再生能源系统和分布式发电技术的快速发展，对逆变器的动态响应性能、稳态跟踪特性以及抗干扰能力提出了更高的要求。以实际参数要求举例说明：负载自空载到满载切换时，输出电压恢复时间要求不高于2ms，瞬时电压跌落幅度小于25％；系统输出稳态时，波形应为正弦波，总谐波畸变率(THD)小于等于2％。
目前，常见的高性能逆变器数字控制方法主要有PID控制、自适应控制、无差拍控制、重复控制和滑模控制等。为了进一步提高逆变器的性能，科技工作者们对现有方法进行了改进。现有公开号为CN104333253A公开了一种“一种离网逆变器控制方法及系统”，该控制方法通过加入负载电流微分前馈控制环节及电容电压微分前馈控制环节，从而实现系统控制量根据负荷变化而变化，进而使得输出电压更稳定。但该控制方法仅提高了逆变系统的动态特性，且无相关参数证明其控制效果。公开号为CN102111084A公开了一种“单相DC-AC逆变器的电流波形控制方法及其应用”，该控制方法通过加入多级补偿框以抑制单相DC-AC逆变器因死区引起的波形交越失真，从而提高单相DC-AC逆变器输出波形正弦度，减小总谐波畸变率(THD)。虽然通过该方法的改进，逆变器输出总谐波畸变率(THD)降至2.36％，但该指标仍无法满足2％以内的要求。名称为“基于观测器的单相逆变器控制方法研究”的科技论文公开了一种采用滑模控制和观测器提高逆变器动态特性的方法，但其输出电压恢复时间需要20ms，且瞬时电压跌落幅度为35％，不满足相关规范要求。
综上所述，重复控制方法能够有针对性地弥补系统输出波形，因此具有理想的波形控制效果，但其动态响应速度较慢，存在周期延迟的缺点。滑模变结构控制方法具有动态响应速度快、对系统参数变化和外界扰动鲁棒性强、数字化实现简单等优点。但是，单独采用这两种方法均无法使逆变器输出完全满足输出电压恢复时间、瞬时电压跌落幅度、总谐波畸变率(THD)等参数指标要求。为此，将滑模控制方法与重复控制方法相结合，实现变结构控制与连续控制的优势互补，进一步满足输出电压恢复时间、瞬时电压跌落幅度、总谐波畸变率(THD)等参数指标要求。发明内容本发明要解决的具体技术问题是如何将滑模控制的动态性能与重复控制的稳态性能集于一体，进一步提高输出电压恢复时间、瞬时电压跌落幅度、总谐波畸变率(THD)等参数，能够满足现有控制方法均无法同时满足的离网逆变器在动态性能、稳态跟踪特性以及抗干扰能力等方面的需求，并提供一种离网逆变器的重复滑模控制方法。
本发明解决上述问题以及实现上述目的所采取的技术方案如下：
一种离网逆变器的重复滑模控制方法，其所述控制方法是基于单相离网逆变器而实现的重复控制与滑模控制相结合的控制方法，其中：
所述单相离网逆变器是在其直流母线上设置稳压电容C，变换器是由功率开关器件V1～V4和与功率开关器件反相并联的二极管D1～D4构成.变换器分为左右两个桥臂，功率开关器件V1、V4和V2、V3分别组成一个桥臂，各桥臂上的功率开关器件控制逻辑互补，同一桥臂的功率开关器件交替导通关断；不同桥臂功率开关器件的导通关断情况由调制方式决定；与功率开关器件反相并联二极管D1～D4主要用于负载续流。直流母线电压Udc经调制后，在逆变桥输出侧产生电压Ui，Ui经LC滤波后得到正弦电压Uo；
所述重复控制与滑模控制相结合的控制方法如下：
首先将滑模变结构控制方法等效转化为具有相同控制效果的连续控制方法，而后对滑模等效控制表达式进行数学变换、拆分组合，构成了有跟踪误差校正环节和参考信号前馈环节两部分的组合结构，并将改进型重复控制方法嵌入结合在滑模等效控制的跟踪误差校正环节中，通过分析逆变器幅频特性以及反复调试得到理想的控制参数，获得新的重复滑模控制方法。
所述重复控制与滑模控制相结合的控制方法的具体设计步骤如下：
(1)采集离网单相电压型全桥逆变器的电容电流iC和输出电压Uo，建立逆变器平均开关周期模型；
(2)根据上述步骤(1)中建立的逆变器平均开关周期模型，定义控制变量iC和Uo的跟踪误差ei和eu，建立滑模控制的等效控制模型；
(3)将上述步骤(2)中建立的等效控制模型分解为跟踪误差校正环节GSME和参考信号前馈环节GSMR两部分，并在GSME输入端嵌入改进型重复控制器GRC，设计重复滑模控制离网逆变器；
(4)根据上述步骤(3)设计的重复滑模控制离网逆变器系统的传递函数，建立重复滑模控制离网逆变器系统跟踪误差表达式及稳定条件；
(5)根据上述步骤(4)建立的跟踪误差表达式及稳定条件整定重复滑模控制器相关参数，构建重复滑模控制方法的控制律。
在上述技术方案中，进一步的附加技术特征如下。
所述离网单相电压型全桥逆变器的平均开关周期模型为，
uo，iC，Udc分别为逆变器输出电压、电容电流和直流侧电压；ur为调制波瞬时值；L，C，R为逆变器交流侧的电感、电容和负载电阻；t表示时间。
所述控制变量iC和Uo的跟踪误差为ei和eu所建立的滑模面函数S如下：
uoref，iCref分别为逆变器输出电压和电容电流的跟踪给定值；λ1和λ2为滑模面系数；推导得到滑模控制的等效控制表达式如下：
所述等效控制模型分解为跟踪误差校正环节GSME和参考信号前馈环节GSMR两部分，并在GSME输入端嵌入改进重复控制器GRC，设计重复滑模控制离网逆变器系统的表达式如下：
其中，
所述改进型重复控制器GRC包括误差叠加系数Q(s)、重复控制输出补偿器S(s)＝krzkSLPF(s)和周期延迟环节z-N。其中kr为重复控制增益，zk为相位补偿环节，SLPF(s)为FIR数字低通滤波器；误差叠加系数Q(s)用于改进内模；重复控制输出补偿器S(s)用于补偿输出电压幅值和相位，以增强系统稳定性；周期延迟环节z-N用于实现控制误差逐周期补偿。
所述重复滑模控制离网逆变器的传递函数如下：
所述重复滑模控制离网逆变器的跟踪误差表达式如下：
所述重复滑模控制离网逆变器的稳定条件如下：
(1)滑模控制器的稳定稳定条件为1+GSME(s)P(s)＝0的根均需落在复平面虚轴的左侧；
(2)重复控制器的稳定条件为|[1-S(s)H(s)]Q(s)|＜1,s＝jω。
所述重复滑模控制离网逆变器的控制律如下：
Ur(s)＝[GRC(s)+1]GSME(s)E(s)+GSMR(s)Uref(s)
式中，Uref为输出电压给定，Ur为控制信号。
本发明所述一种离网逆变器的重复滑模控制方法中，将滑模控制的动态性能与重复控制的稳态性能集于一体，进一步提高了逆变器的输出电压恢复时间、瞬时电压跌落幅度、总谐波畸变率(THD)等参数指标要求，能够满足现有控制方法均无法同时满足的离网逆变器在动态性能、稳态跟踪特性以及抗干扰能力等方面的需求。
本发明所述一种离网逆变器的重复滑模控制方法中，重复控制与滑模控制两种控制方法相辅相成，互相弥补对方的性能缺陷，相互结合提高了逆变器的整体性能。将离网逆变器的输出电压恢复时间缩短为1.5ms，瞬时电压跌落值减小为15％，总谐波畸变率(THD)减小到1％，满足了可再生能源系统和分布式发电快速发展的需要。
附图说明
图1是本发明单相离网逆变器拓扑结构图。
图2是本发明一种离网逆变器的重复滑模控制方法的结构示意图。
图3是本发明滑模等效控制结构框图。
图4是本发明重复滑模控制离网逆变器系统结构框图。
图5是本发明1-S(s)H(s)的幅频特性图。
图6是本发明重复滑模控制逆变器带20Ω阻性负载时稳态输出电压电流波形。
图7是本发明重复滑模控制逆变器带20Ω阻性负载时输出电压THD分析。
图8是本发明重复滑模控制逆变器带整流性负载时稳态输出电压电流波形。
图9是本发明重复滑模控制逆变器带整流性负载时输出电压THD分析。
图10是本发明重复滑模控制逆变器在负载突增时动态波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施一种离网逆变器的重复滑模控制方法，首先是针对拓扑结构如图1所示的单相离网逆变器而设计的。该逆变器直流母线上接有稳压电容C，变换器部分主要由功率开关器件V1～V4组成和与其反相并联的二极管D1～D4组成。变换器分为左右两个桥臂，功率开关器件V1、V4和V2、V3分别组成一个桥臂，各桥臂上的功率开关器件控制逻辑互补，即同一桥臂的功率开关器件交替导通关断，而不同桥臂功率开关器件的导通关断情况由调制方式决定，与功率开关器件反相并联的二极管D1～D4主要用于为负载续流。直流母线电压Udc经调制后，在逆变桥输出侧产生电压Ui，Ui经LC滤波后得到正弦电压Uo。图中iL、ic、io分为电感、电容和负载电流，R为等效负载。
所述重复控制与滑模控制相结合的控制方法的实现步骤如下：
滑模控制属于变结构控制方法，而重复控制属于连续控制方法，变结构控制与连续控制无法进行简单地组合。本发明首先将具有快速动态响应等优点的滑模变结构控制方法等效转化为具有相同控制效果的连续控制方法，而后对滑模等效控制表达式进行数学变换、拆分组合，形成了由跟踪误差校正环节和参考信号前馈环节组成的结构。为了提高滑模控制方法的稳态特性，本发明将改进型重复控制方法嵌入结合在滑模等效控制的跟踪误差校正环节中，起到逐周期弥补输出跟踪误差、提高逆变器稳态特性的作用。最后，通过分析逆变器幅频特性以及反复调试得到理想的控制参数，形成新型的重复滑模控制方法，该方法同时具有滑模控制方法动态响应快和重复控制方法稳态控制精度高、负载适应性强等优点。
本发明是一种将重复控制与滑模控制相结合的针对离网逆变器进行控制的复合控制方法。图2所示为一种基于滑模控制和重复控制相结合离网逆变器控制方法的结构示意图，设计过程的具体步骤如下：
步骤一，采集离网单相电压型全桥逆变器的电容电流iC和输出电压Uo，建立逆变器平均开关周期模型；
步骤二，根据步骤一中建立的平均开关周期模型，定义控制变量iC和Uo的跟踪误差ei和eu，建立滑模控制的等效控制模型；
步骤三，将步骤二中建立的等效控制模型分解为跟踪误差校正环节GSME和参考信号前馈环节GSMR两部分，并在GSME输入端嵌入改进重复控制器GRC，设计重复滑模控制离网逆变器系统；
步骤四，根据步骤三中设计的系统传递函数，推导其系统跟踪误差表达式及稳定条件；
步骤五，根据步骤四中推导的跟踪误差表达式及稳定条件整定重复滑模控制器相关参数，推导重复滑模控制方法的控制律，保证系统全频段稳定。
具体过程如下：
步骤一中建立逆变器平均开关周期模型如下：
uo，iC，Udc分别为逆变器输出电压、电容电流和直流侧电压；ur为调制波瞬时值；L，C，R为逆变器交流侧的电感、电容和负载电阻；t表示时间。
步骤二中定义控制变量iC和Uo的跟踪误差为ei和eu，滑模控制的等效控制模型的建立过程为：
定义iC和uo的跟踪误差为：
式中，eu和ei分别对应uo和iC，uoref和iCref分别对应uo和iC的给定信号。可得基于跟踪误差变量的系统状态空间方程为：
定义滑模面函数为：
S＝Cse＝[λ1 λ2]·e＝λ1eu+λ2ei
式中，λ1和λ2表示滑模面系数，它们均为正数。令则则可得下式：
根据上式可得等效控制表达式为：
将上式通过拉普拉斯变换改写为：
由于IC(s)＝sCUo(s)和ICref(s)＝sCUoref(s)，则可得滑模控制的等效控制模型为：
步骤三中，首先将滑模等效控制模型分解为跟踪误差校正环节GSME和参考信号前馈环节GSMR两部分，如下：
滑模等效控制结构框图如图3所示，图中，GSME(s)表示等效控制跟踪误差校正环节，GSMR(s)表示等效控制参考信号前馈环节，P(s)表示开环逆变器传递函数，D(s)表示外界扰动，GSME(s)、GSMR(s)和GP(s)的表达式分别如下：
则滑模等效控制逆变系统跟踪误差表达式为：
将重复控制器GRC嵌入在滑模控制器的跟踪误差校正环节，以达到周期性弥补系统稳态控制误差的效果。所设计的重复滑模控制离网逆变器系统结构框图如图4所示，其中重复控制器GRC的表达式为：
所述改进重复控制器GRC中包括误差叠加系数Q(s)、重复控制输出补偿器S(s)＝krzkSLPF(s)和周期延迟环节z-N。其中为kr重复控制增益，zk为相位补偿环节，SLPF(s)为FIR数字低通滤波器。误差叠加系数Q(s)用于对内模结构进行改进；重复控制输出补偿器S(s)用于补偿输出电压幅值和相位，以增强系统稳定性；周期延迟环节z-N用于实现控制误差逐周期补偿；
步骤四中重复滑模控制离网逆变器跟踪误差表达式的推导过程为：
根据滑模等效控制逆变系统的跟踪误差表达式和重复控制器表达式可得重复滑模控制系统的跟踪误差表达式为：
其中H(s)表达式为：
根据重复滑模控制离网逆变器的跟踪误差表达式推导得到稳定条件，稳定条件如下：
(1)滑模控制器的稳定稳定条件为1+GSME(s)P(s)＝0的根均需落在复平面虚轴的左侧；
(2)重复控制器的稳定条件为|[1-S(s)H(s)]Q(s)|＜1,s＝jω。
步骤五中整定控制器相关参数的过程为：
根据图4可知系统闭环传递函数如下：
则系统特征方程为：
[1+GSME(s)P(s)]×{1-[1-S(s)H(s)]Q(s)e-sT}＝0
则1+GSME(s)Gp(s)＝0可转化为：
由于λ1和λ1均为正数，因此特征根均在复平面虚轴的左侧，由此可知滑模控制器稳定。重复控制器的稳定条件为|[1-S(s)H(s)]Q(s)|＜1，则系统在等式[1-S(s)H(s)]Q(s)＝0成立时，稳定性最佳，且当Q(s)＝S(s)H(s)＝1时系统稳态控制精度最高。图5为“1-S(s)H(s)”的幅频特性，从图中能够看出1-S(s)H(s)在全频段内幅频特性均在0dB之下，因此可以证明系统在全频段内稳定。
最后，可得重复滑模控制方法的控制律，控制律为：
Ur(s)＝[GRC(s)+1]GSME(s)E(s)+GSMR(s)Uref(s)
式中，Uref为输出电压给定，Ur为控制信号。
为了验证本发明的有效性，搭建了单相离网逆变器实验平台。在实验平台上，对采用本发明的单相离网逆变器进行了动态特性、稳态特性、非线性负载实验。采用APS公司开发的通用型变流器作为逆变器主电路，交流输出侧接LC低通滤波电路，实验负载分别采用阻值为20Ω的阻性负载，由3300μF电容和30Ω电阻组成的整流性负载，空载至20Ω阻性的动态负载切换。图6、图7、图8、图9和图10分别为重复滑模控制下逆变器带20Ω阻性负载时的稳态波形及THD分析、带整流性负载时的稳态输出电压电流波形及电压THD分析和负载突增时的动态波形。由图6和图7可知，重复滑模控制逆变系统输出电压波形正弦度好，能够跟随给定，阻性负载时THD分别仅为1.0％；由图8和图9可知，在整流性负载情况下输出电压波形几乎没有畸变，与带阻性负载相差无几，THD仅为1.0％；由图10能够看出负载突增是输出电压瞬时跌落幅度为15％，且在1.5ms内既能重新跟随给定，动态响应速度快。由上述实验结果可知，重复滑模控制方法在动态响应速度、稳态控制精度和带整流性负载能力三个方面均可取得理想控制效果。
由前述分析可知，本发明中重复与滑模两种控制器分工明确、相辅相成、互补干扰，互相弥补对方的性能短板，共同合作提高逆变器的整体性能。本发明能够大大提高高性能离网逆变器的动态响应速度、稳态控制精度、抗周期性扰动能力，能够满足可再生能源系统和分布式发电快速发展的需要。
Claims (10)
1.一种离网逆变器的重复滑模控制方法，其所述控制方法是基于离网单相电压型全桥逆变器而实现的重复控制与滑模控制相结合的控制方法，其中：
所述离网单相电压型全桥逆变器的直流母线上设置有稳压电容Cdc，其变换器是由功率开关器件V1～V4和与其功率开关器件反相并联的二极管D1～D4构成，变换器分为左右两个桥臂，功率开关器件V1、V4和V2、V3分别组成一个桥臂，各桥臂上的功率开关器件控制逻辑互补，同一桥臂的功率开关器件交替导通关断；不同桥臂功率开关器件的导通关断情况由调制方式决定；与功率开关器件反相并联的二极管D1～D4主要用于为负载续流，直流母线电压Udc经调制后，在逆变桥输出侧产生电压Ui，Ui经LC滤波后得到正弦电压Uo；
所述重复控制与滑模控制相结合的控制方法如下：
首先将滑模变结构控制方法等效转化为具有相同控制效果的连续控制方法，而后对滑模等效控制表达式进行数学变换、拆分组合，构成了有跟踪误差校正环节和参考信号前馈环节两部分的组合结构，并将改进型重复控制方法嵌入结合在滑模等效控制的跟踪误差校正环节中，通过分析逆变器幅频特性以及反复调试得到理想的控制参数，获得新的重复滑模控制方法。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其所述重复控制与滑模控制相结合的控制方法的具体设计步骤如下：
(1)采集离网单相电压型全桥逆变器的电容电流iC和输出电压Uo，建立逆变器平均开关周期模型；
(2)根据上述步骤(1)中建立的逆变器平均开关周期模型，定义控制变量iC和Uo的跟踪误差ei和eu，建立滑模控制的等效控制模型；
(3)将上述步骤(2)中推导的等效控制模型分解为跟踪误差校正环节GSME和参考信号前馈环节GSMR两部分，并在GSME输入端嵌入改进重复控制器GRC，设计重复滑模控制离网逆变器；
(4)根据上述步骤(3)设计的重复滑模控制离网逆变器的传递函数，建立重复滑模控制离网逆变器跟踪误差表达式及稳定条件；
(5)根据上述步骤(4)建立的跟踪误差表达式及稳定条件整定重复滑模控制器相关参数，构建重复滑模控制方法的控制律。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述离网单相电压型全桥逆变器的平均开关周期模型为，
<mrow>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>du</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>di</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>C</mi>
</mfrac>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>L</mi>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mi>R</mi>
<mi>C</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>u</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>+</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mfrac>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mi>L</mi>
</mfrac>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>u</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
uo，iC，Udc分别为逆变器输出电压、电容电流和直流侧电压；ur为调制波；L，C，R为逆变器交流侧的电感、电容和负载电阻；t表示时间。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其所述控制变量iC和Uo的跟踪误差为ei和eu，所建立的滑模面函数S如下：
<mrow>
<mi>e</mi>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>u</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>u</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>u</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mi>C</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>,</mo>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mi>e</mi>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>e</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>u</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>;</mo>
</mrow>
uoref，iCref分别为逆变器输出电压和电容电流的跟踪给定值；λ1和λ2为滑模面系数；推导得到滑模控制的等效控制表达式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>e</mi>
<mi>q</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>L</mi>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>&lsqb;</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>sU</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mi>C</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>sI</mi>
<mrow>
<mi>C</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mi>L</mi>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>R</mi>
<mi>C</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
L、C、R为逆变器交流侧的电感、电容和负载电阻、s代表上述公式为频域下的表达式。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其所述等效控制模型分解为跟踪误差校正环节GSME和参考信号前馈环节GSMR两部分，并在GSME输入端嵌入改进型重复控制器GRC，设计重复滑模控制离网逆变器等效控制的表达式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>e</mi>
<mi>q</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>L</mi>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>&lsqb;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mfrac>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>R</mi>
</mfrac>
</mrow>
<mo>)</mo>
<mi>s</mi>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>L</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msup>
<mi>s</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mi>C</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mi>s</mi>
<mi>R</mi>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>L</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
其中，
λ1和λ2为滑模面系数；Uoref(s)为逆变器输出电压的跟踪给定值；L、C、R为逆变器交流侧的电感、电容和负载电阻；s代表上述公式为频域下的表达式；误差叠加系数Q(s)用于改进内模结构；重复控制输出补偿器S(s)用于补偿输出电压幅值和相位。
6.根据权利要求2所述的控制方法，其所述改进重复控制器GRC包括误差叠加系数Q(s)、重复控制输出补偿器S(s)＝krzkSLPF(s)和周期延迟环节z-N；
其中：kr为重复控制增益，zk为相位补偿环节，SLPF(s)为FIR数字低通滤波器；误差叠加系数Q(s)用于改进内模结构；重复控制输出补偿器S(s)用于补偿输出电压幅值和相位，增强系统稳定性；周期延迟环节z-N用于实现控制误差逐周期补偿，s代表上述公式为频域下的表达式。
7.根据权利要求2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器系统的传递函数如下：
<mrow>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>M</mi>
<mi>E</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&lsqb;</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>T</mi>
</mrow>
</msup>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>M</mi>
<mi>E</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&lsqb;</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>T</mi>
</mrow>
</msup>
<mo>+</mo>
<mi>S</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>T</mi>
</mrow>
</msup>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
<mrow>
<mo>&lsqb;</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>M</mi>
<mi>E</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>&times;</mo>
<mo>{</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>S</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>T</mi>
</mrow>
</msup>
<mo>}</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
P(s)为开环逆变器传递函数；H(s)为Q(s)为误差叠加系数；S(s)为重复控制输出补偿器；s代表上述公式为频域下的表达式。
8.根据权利要求2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器系统的跟踪误差表达式如下：
<mrow>
<mi>E</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<mi>D</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>M</mi>
<mi>R</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>M</mi>
<mi>E</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>T</mi>
</mrow>
</msup>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>S</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>M</mi>
<mi>E</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>M</mi>
<mi>E</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>s</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>T</mi>
</mrow>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
Uoref(s)为逆变器输出电压的跟踪给定值；D(s)为外界扰动；P(s)为开环逆变器传递函数；Q(s)为误差叠加系数；S(s)为重复控制输出补偿器；s代表上述公式为频域下的表达式。
9.根据权利要求2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器的稳定条件如下：
(1)滑模控制器的稳定稳定条件为1+GSME(s)P(s)＝0的根均需落在复平面虚轴的左侧；
(2)重复控制器的稳定条件为|[1-S(s)H(s)]Q(s)|＜1,s＝jω
P(s)为开环逆变器传递函数；S(s)为重复控制输出补偿器；H(s)为Q(s)为误差叠加系数；s代表上述公式为频域下的表达式。
10.根据权利要求2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器的控制律如下：
Ur(s)＝[GRC(s)+1]GSME(s)E(s)+GSMR(s)Uref(s)
式中，Uref为输出电压给定，Ur为控制信号，E(s)为跟踪误差，s代表上述公式为频域下的表达式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510411831.2A CN104953875B (zh) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | 一种离网逆变器的重复滑模控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510411831.2A CN104953875B (zh) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | 一种离网逆变器的重复滑模控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104953875A CN104953875A (zh) | 2015-09-30 |
| CN104953875B true CN104953875B (zh) | 2018-04-20 |
Family
ID=54168291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510411831.2A Active CN104953875B (zh) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | 一种离网逆变器的重复滑模控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104953875B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105515402A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-04-20 | 杭州电子科技大学 | 一种基于重复滑模的gsc控制方法 |
| CN105762837B (zh) * | 2016-04-22 | 2018-06-08 | 成都信息工程大学 | 一种选取逆变器滑模控制器系数的方法 |
| CN105978373B (zh) * | 2016-06-28 | 2018-11-13 | 南京理工大学 | 实现微电网稳定的三相逆变器逆推滑模控制方法及系统 |
| CN105932715B (zh) * | 2016-06-28 | 2018-01-23 | 西南石油大学 | 适用于滑模变结构控制逆变器状态突变位置的判断方法 |
| CN106026750B (zh) * | 2016-07-13 | 2018-10-26 | 成都信息工程大学 | 一种工频逆变器的设计方法 |
| CN107132759B (zh) * | 2017-02-24 | 2020-05-22 | 沈阳工业大学 | 一种直线电机驱动fts基于eso滑模改进重复控制方法 |
| CN107346946B (zh) * | 2017-06-26 | 2019-08-13 | 太原理工大学 | 一种逆变器离散重复滑模控制方法 |
| CN108462209B (zh) * | 2018-04-11 | 2021-05-04 | 东南大学 | 基于虚拟同步发电机的频率电压一体鲁棒优化控制方法 |
| CN108631320A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-10-09 | 三峡大学 | 一种基于前馈鲁棒控制的微电网电压控制方法 |
| CN109085758B (zh) * | 2018-10-20 | 2022-02-18 | 台州学院 | 用于位置伺服系统的多周期滑模重复控制器 |
| CN109525135B (zh) * | 2018-11-26 | 2021-02-23 | 上海电力学院 | 一种lcl型并网逆变器的二阶重复控制方法及并网逆变器 |
| CN113224969A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-06 | 苏州大学 | 一种基于级联式重复控制器的逆变器控制方法及相关设备 |
| CN114499307A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-13 | 常州大学 | 一种永磁同步电机电流环解耦控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102111084A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-06-29 | 江苏斯达工业科技有限公司 | 单相dc-ac逆变器的电流波形控制方法及其应用 |
| CN103916039A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-07-09 | 天津科技大学 | 一种基于反步滑模控制的光伏并网逆变器的控制方法 |
| CN104333253A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-02-04 | 阳光电源股份有限公司 | 一种离网逆变器控制方法及系统 |
-
2015
- 2015-07-14 CN CN201510411831.2A patent/CN104953875B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102111084A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-06-29 | 江苏斯达工业科技有限公司 | 单相dc-ac逆变器的电流波形控制方法及其应用 |
| CN103916039A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-07-09 | 天津科技大学 | 一种基于反步滑模控制的光伏并网逆变器的控制方法 |
| CN104333253A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-02-04 | 阳光电源股份有限公司 | 一种离网逆变器控制方法及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 基于重复控制的单极性SPWM逆变电源研究;陆冬良;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技Ⅱ辑）》;20070315;C042-7 * |
| 滑模控制逆变器的分析与实验研究;张黎，丘水生;《中国电机工程学报》;20060125;第26卷(第3期);第59-63页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104953875A (zh) | 2015-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104953875B (zh) | 一种离网逆变器的重复滑模控制方法 | |
| CN104079002B (zh) | 光伏储能系统并网模式下的双闭环控制方法 | |
| Li et al. | A modular multilevel converter type solid state transformer with internal model control method | |
| Gao et al. | A novel dual closed-loop control scheme based on repetitive control for grid-connected inverters with an LCL filter | |
| CN101976850B (zh) | 针对四桥臂光伏逆变器中线臂控制模型的直流侧控制方法 | |
| CN106230257A (zh) | 一种双向直流变换器反馈线性化反步滑模控制方法 | |
| CN104184355B (zh) | 三相pwm电压型逆变器的双闭环控制装置及控制方法 | |
| CN102801346B (zh) | 无信号互联线并联的三相逆变器及其控制方法 | |
| CN108039706B (zh) | 一种有源电力滤波器抗饱和频率自适应谐振控制方法 | |
| CN103441502B (zh) | 并联单相h桥级联型有源电力滤波器控制装置及其方法 | |
| CN107611971A (zh) | 针对电网电压谐波畸变工况的网侧逆变器谐振全阶滑模控制方法 | |
| Lai et al. | System modeling and cascaded passivity based control for distribution transformer integrated with static synchronous compensator | |
| CN107732959A (zh) | 用于分布式光储并网系统的非线性微分平滑前馈控制方法 | |
| Sadigh et al. | Unified power flow controller based on two shunt converters and a series capacitor | |
| CN107968406B (zh) | 一种有源电力滤波器抗饱和频率自适应重复控制方法 | |
| CN104319758B (zh) | 一种柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法 | |
| CN109301823A (zh) | 一种基于有限状态模型预测控制策略的电能质量扰动补偿方法 | |
| Chen et al. | Nonlinear control for VSC based HVDC system | |
| CN108110802A (zh) | 一种并网功率控制方法 | |
| Avci et al. | Proportional multi‐resonant‐based controller design method enhanced with a lead compensator for stand‐alone mode three‐level three‐phase four‐leg advanced T‐NPC inverter system | |
| CN110739877A (zh) | 一种船用发电机四桥臂逆变系统控制方法 | |
| CN102694385A (zh) | D-statcom的线电流不对称补偿的相电流平衡限幅方法 | |
| Wang et al. | Modern flexible AC transmission system (FACTS) devices | |
| CN111509761A (zh) | 一种与锁相环结合的hvdc动态相量计算方法及系统 | |
| Li et al. | An Improved SRFPI-LADRC-based Voltage Control for Single-Phase Inverter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |