CN107102553B

CN107102553B - 基于时滞鲁棒模型算法的并网逆变器控制方法

Info

Publication number: CN107102553B
Application number: CN201710461339.5A
Authority: CN
Inventors: 马兴; 徐瑞林; 陈涛; 朱小军; 付昂; 董光德; 杨爽
Original assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2037-06-16
Also published as: CN107102553A

Abstract

一种基于时滞鲁棒模型算法的并网逆变器控制方法，通过建立并网逆变器时滞鲁棒模型，将死区效应造成的影响，等效为一个具有上界的不确定性干扰源，纳入并网逆变器时滞鲁棒模型中，考虑时滞和死区效应对并网逆变器的输出基波电流偏差以及输出电流谐波总畸变率的影响。通过时滞鲁棒最优控制理论计算出并网逆变器控制律的最优参数，从而得到并网逆变器的最优控制律，使得并网逆变器输出电流总畸变率变小，稳态精度最高。

Description

基于时滞鲁棒模型算法的并网逆变器控制方法

技术领域

本发明涉及并网逆变器控制技术领域，特别是一种基于时滞鲁棒算法的并网逆变器控制方法。

背景技术

现有的并网逆变器控制方法，主要考虑输出电流的谐波总畸变率，以减小输出电流的畸变率为控制目标。但是并网逆变器的主要目的是调节输出电流的相位和幅值，因此并网逆变器输出电流与给定值之间的偏差以及其输出电流的谐波总畸变率应该合并成为一个总的畸变率来表征并网逆变器的控制偏差。仅把输出电流的谐波总畸变率作为控制目标，有可能造成并网逆变器输出电流的基波幅值和相位偏差较大。

发明内容

鉴于以上问题的存在，本发明提供一种基于时滞鲁棒模型算法的并网逆变器控制方法，以解决现有技术中仅把输出电流的谐波总畸变率作为控制目标，造成并网逆变器输出电流的基波幅值和相位偏差大的问题。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)确定并网逆变器电气参数及控制参数，将死区效应作为干扰项，结合电气参数及控制参数建立时滞鲁棒模型；

2)为步骤1)中建立的时滞鲁棒模型设计控制律；

3)结合步骤1)中的时滞鲁棒模型及步骤2)中的控制律，根据时滞鲁棒理论计算最优控制律的最优控制参数。

进一步，步骤1)中所述电气参数及控制参数包括有：并网逆变器输出滤波器等效电阻R，等效电感L，传感器检测延时t₁，数字处理器计算延时t₂，等效PWM环节延时t₃，并网逆变器死区时间t_d。

进一步，步骤1)中所述时滞鲁棒模型的具体公式如下：

将延时和死区效应的影响纳入到并网逆变器的dq坐标系下数学模型中，将工作点平移至原点处，则有：

式中，为dq相电流给定值。μ_d(t)、μ_q(t)为等效控制输入，其表达式如下：

式中，τ为总延时，τ＝t₁+t₂+t₃。

进一步，步骤2)中所述控制律具体包括有以下规则及条件：考虑到控制延时的影响即在占空比计算时只能取到τ时刻之前的状态变量，因此取状态反馈控制器为：

若取观测变量矩阵Z(t)为：

则有：

式中，X(t)为状态变量矩阵A为系统矩阵B₁、B₂为输入矩阵W(t)为干扰变量矩阵

对于上述系统，如果系统能够稳定，则存在与控制器增益有关的EE增益：

其中，M代表死区效应造成的随机影响的上界；

以d相为例分别设并网逆变器的输出电流的有功给定值为而实际输出电流为i_d，如下所示：

其中，为d相电流给定值的幅值，I_1d为d相电流的基波幅值，I_nd为d相电流n次谐波分量的幅值，θ_n为d相电流n次谐波分量的相位。定义d相电流畸变率TDd指标为：

其中，sup是一个运算符代表上确界，TDd为d相电流畸变率，I_Dd为d相畸变电流含量，其中I_Dd表达式如下：

I_Dd可以分为两部分，前两项的差值代表了并网逆变器d相输出电流基波与电流给定值的幅值和相位偏差，第三项代表了输出电流中的谐波分量；d相电流畸变率指标TDd本质上等同于并网输出电流与电流给定值之间稳态误差值随时间变化过程中的最大值，代表了稳态误差的最坏情况电流畸变率指标能够全面而准确反映并网逆变器输出电流的稳态误差；由于Γ_ee∝TD，即EE增益与电流畸变率成正比，Γ_ee的越小则电流畸变率越小。

进一步，步骤3)中所述计算最优控参数的具体步骤如下：

若存在正定对称矩阵H、Y、W，对称矩阵Z₁₁、Z₂₂和适当维数的矩阵Z₁₂以及常数λ₁、λ₂。则如果以下线性矩阵不等式组

minγ

式中，γ＝Γ_ee；线性矩阵不等式组有解时，表示逆变器系统模型，能够渐进稳定的，即稳态时逆变器输出能够渐进跟踪给定的输入量，具有最优EE增益γ；并且能够得到满足条件的控制器为：

K(t)＝WH^-1X(t-τ)。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明通过建立并网逆变器时滞鲁棒模型，将死区效应造成的影响，等效为一个具有上界的不确定性干扰源，纳入并网逆变器时滞鲁棒模型中，考虑时滞和死区效应对并网逆变器的输出基波电流偏差以及输出电流谐波总畸变率的影响。通过时滞鲁棒最优控制理论计算出并网逆变器控制律的最优参数，从而得到并网逆变器的最优控制律，使得并网逆变器输出电流总畸变率变小，稳态精度最高。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

某一并网逆变器有检测/控制周期为100μs，PWM周期100μs，检测时滞约为30μs可变，并网逆变器输出滤波器等效电阻R，等效电感L。则总时滞可以设为0<τ<200μs,(将死区效应作为干扰项，并网逆变器时滞鲁棒模型可表达为：

式中，w_d(t)、w_q(t)为死区效应的等效干扰。并且有M是一个常数，代表死区干扰影响的最大幅值，并且有||Ω_d(t)||≤1，||Ω_q(t)||≤1，由于M是一个常数不影响最终结果，所以M的大小不需要进行计算。对并网逆变器时滞鲁棒模型中，电流畸变率指标反映了与给定目标的能量上的偏差，既包含了对基波偏差的量度也包含了对谐波畸变率的度量，因此电流畸变率最小即为我们优化的目标。

设计并网逆变器的控制律。考虑到控制延时的影响即在占空比计算时只能取到τ时刻之前的状态变量，因此取状态反馈控制器为：

取观测变量矩阵Z(t)为：

则有：

根据时滞鲁棒理论计算最优控制律的最优控制参数。

minγ

式中，γ＝Γ_ee。线性矩阵不等式组有解时，表示对于式(10)所示的并网逆变器系统模型，是能够渐进稳定的，即稳态时逆变器输出能够渐进跟踪给定的输入量，具有最优EE增益γ。并且能够得到满足条件的控制器为：

K(t)＝WH^-1X(t-τ)

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于时滞鲁棒模型算法的并网逆变器控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

2)为步骤1)中建立的时滞鲁棒模型设计控制律；

3)结合步骤1)中的时滞鲁棒模型及步骤2)中的控制律，根据时滞鲁棒理论计算最优控制律的最优控制参数；

步骤1)中所述电气参数及控制参数包括有：并网逆变器输出滤波器等效电阻R，等效电感L，传感器检测延时t₁，数字处理器计算延时t₂，等效PWM环节延时t₃，并网逆变器死区时间t_d；

步骤1)中所述时滞鲁棒模型的具体公式如下：

式中，为dq相电流给定值；μ_d(t)、μ_q(t)为等效控制输入，其表达式如下：

式中，τ为总延时，τ＝t₁+t₂+t₃；

步骤2)中所述控制律具体包括有以下规则及条件：考虑到控制延时的影响即在占空比计算时只能取到τ时刻之前的状态变量，因此取状态反馈控制器为：

若取观测变量矩阵Z(t)为：

则有：

其中，M代表死区效应造成的随机影响的上界；

其中，为d相电流给定值的幅值，I_1d为d相电流的基波幅值，I_nd为d相电流n次谐波分量的幅值，θ_n为d相电流n次谐波分量的相位；定义d相电流畸变率TDd指标为：

I_Dd可以分为两部分，前两项的差值代表了并网逆变器d相输出电流基波与电流给定值的幅值和相位偏差，第三项代表了输出电流中的谐波分量；d相电流畸变率指标TDd本质上等同于并网输出电流与电流给定值之间稳态误差值随时间变化过程中的最大值，代表了稳态误差的最坏情况电流畸变率指标，能够全面而准确反映并网逆变器输出电流的稳态误差；由于Γ_ee∝TD，即EE增益与电流畸变率成正比，Γ_ee的越小则电流畸变率越小。

2.如权利要求1所述的基于时滞鲁棒模型算法的并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤3)中所述计算最优控制参数的具体步骤如下：

若存在正定对称矩阵H、Y、W，对称矩阵Z₁₁、Z₂₂和适当维数的矩阵Z₁₂以及常数λ₁、λ₂，则如果以下线性矩阵不等式组

minγ

式中，γ＝Γ_ee；线性矩阵不等式组有解时，表示逆变器系统模型是能够渐进稳定的，即稳态时逆变器输出能够渐进跟踪给定的输入量，具有最优EE增益γ；并且能够得到满足条件的控制器为：

K(t)＝WH^-1X(t-τ)。