CN112187078A - 单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于变流控制技术领域，具体涉及一种单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法。该方法首先将变流系统交流侧输出电流的参考值与变流系统交流侧输出电流的实际值作差，得到的差值分别经过鲁棒H∞控制器和谐振控制器进行闭环控制，对应得到鲁棒控制输出值和谐振控制输出值，相加得到复合控制输出值；然后根据复合控制输出值生成逆变电路的调制波信号，并结合逆变电路的载波信号确定逆变电路的脉冲控制信号。其中，鲁棒H∞控制器和谐振控制器的待优化参数采用粒子群算法进行迭代寻优得到，减轻了设计参数的工作量；而且，复合控制方法不仅保证系统的稳定性，还有效降低系统的跟踪误差，解决了阻抗波动问题。

Description

单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法

技术领域

本发明属于变流控制技术领域，具体涉及一种单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法。

背景技术

近年来，随着全球用电量需求的不断增加，化石能源的日渐枯竭以及环境问题的凸现，传统的燃煤发电形式因其污染大等缺点不再能够满足当今时代的要求，当今亟需一种环保、可持续的清洁能源来发电。风能、太阳能、地热能、潮汐能等一批可再生能源成为关注的热点。太阳能的利用方式是采用光伏电池将太阳能转化为电能。这种形式的能源利用形式可以被认为是清洁的，减少了对环境的影响，因为废弃物只在光伏电池的制造过程中或在处理过程中产生。在诸多可再生能源发电形式中，正是由于这个原因，光伏发电被认为是一种非常具有前景的新能源发电方式。

并网逆变器作为光伏发电并网的重要接口，其工作性能直接决定着入网电能的质量。在小功率光伏发电场合，两电平逆变器因其制造成本低，易于设计而得到广泛应用。由于单个半导体器件的耐压与过流的限制，在大功率光伏发电场合经常采用多级逆变器串、并联组合的形式。但是，这种系统结构复杂，不易控制。为了解决这些问题，大功率多电平逆变器应运而生。相比两电平逆变器，三电平逆变器具有输出功率大、耐压值高的优点，且具有改善电能质量、降低输出电能的总谐波畸变率、提高整体效率以及降低成本等优点。但是，并网逆变器的线路阻抗波动问题仍然存在，这将影响到系统的稳定，这就要求必须采取合适的控制方法来解决线路阻抗波动问题。

为了解决线路阻抗波动问题，现有基础中常常采用了各种不同的算法来实现系统稳定，例如鲁棒控制器，鲁棒控制器能够预先考虑系统的特点，使最终得到的鲁棒控制器具有较强的鲁棒稳定性和动态特性。但是鲁棒控制下的系统在稳态性能方面不能够很好的满足设计者的要求。为了达到该要求，常常需要结合其他控制器组合成复合控制器来弥补鲁棒控制器的不足。复合控制器中需要调节的参数过多、设计过程复杂、工作量大，如果设计不合理，也将使得系统稳定性和可靠性均达不到要求。

除此以外，逆变器在带载或并网的情况下，会使其直流侧两个电容出现较大振荡，导致输出波形畸变，缩短电容的使用寿命，降低系统的可靠性和稳定性。故如何保证直流侧两电容电压平衡也是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法，用以解决采用复合控制器时参数设计不合理造成的系统稳定性和可靠性均达不到要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，所述单相三电平变流系统包括逆变电路，逆变电路的交流侧用于连接电网，该方法包括如下步骤：

1)将变流系统交流侧输出电流的参考值与变流系统交流侧输出电流的实际值作差，得到的差值分别经过鲁棒H∞控制器和谐振控制器进行闭环控制，对应得到鲁棒控制输出值和谐振控制输出值，将鲁棒控制输出值和谐振控制输出值相加得到复合控制输出值；

其中，鲁棒H∞控制器和谐振控制器的待优化参数采用粒子群算法进行迭代寻优得到，且粒子群算法的适应度函数与以下三个指标中的至少一个有关：幅值裕度、相角裕度和入网电流总谐波失真，幅值裕度在第一设定范围内越大，适应度越好，相角裕度在第二设定范围内越大，适应度越好，入网电流总谐波失真越小，适应度越好；

2)根据复合控制输出值生成逆变电路的调制波信号，并结合逆变电路的载波信号确定逆变电路的脉冲控制信号。

上述技术方案的有益效果为：本发明采用鲁棒H∞控制和比例谐振控制相结合的复合控制方法，对流系统交流侧输出电流进行控制，不仅保证系统的稳定性，还有效降低系统的跟踪误差，解决了阻抗波动问题。而且，复合控制中的未知参数采用粒子群算法迭代寻优得到，以对各个参数进行合理优化，保证了系统的可靠性和稳定性，减轻了设计参数的工作量。

进一步的，为了保证系统稳定性，所述适应度函数与三个指标均有关，且适应度函数为：

Q＝γ′_m+G′_m+1-THD′

其中，Q为适应度函数，γ′_m为归一化后的相角裕度，G′_m为归一化后的幅值裕度，THD′为归一化后的入网电流总谐波失真。

进一步的，所述鲁棒H∞控制器使用两个权重函数，两个权重函数分别为：

其中，W_{1_0}(s)、W_{2_0}(s)分别为两个权重函数，k₁为第一权重函数W₁(s)的增益系数，ξ₁为第一权重函数W₁(s)的阻尼，ω₀为第一权重函数W₁(s)的基波角频率；ξ₂为第二权重函数W₂(s)的阻尼，ω_p为第二权重函数W₂(s)的角频率；其中，参数k₁、ω₀、ω_p、ξ₁和ξ₂为鲁棒H∞控制器的待优化参数。

进一步的，为了弥补鲁棒H∞控制器在稳态性能方面的不足以抑制谐波影响，所述谐振控制器包括三个比例谐振控制器，分别为用于抑制三次谐波的第一比例谐振控制器、用于抑制五次谐波的第二比例谐振控制器、以及用于抑制七次谐波的第三比例谐振控制器，各个比例谐振控制器的输入值均为得到的差值，各个比例谐振控制器的输出值相加得到所述谐振控制输出值；所述第一比例谐振控制器、第二比例谐振控制器、第三比例谐振控制器分别为：

式中，K_{PR_3}(s)、K_{PR_5}(s)、K_{PR_7}(s)分别为第一比例谐振控制器、第二比例谐振控制器、第三比例谐振控制器；ω₃＝300π，ω₅＝500π，ω₇＝700π；k_i为影响比例谐振控制器的增益，ω_c为与系统带宽相关、影响系统快速性的参数，且k_i、ω_c为谐振控制器的待优化参数。

进一步的，为了实现直流侧均压控制以提高系统可靠性和稳定性，骤2)中，所述根据复合控制输出值生成逆变电路的调制波信号包括：

根据复合控制输出值的幅值，并结合变流系统交流侧输出电流的方向以及压差调节值，生成逆变电路的两个调制波信号；其中，压差调节值由逆变电路直流侧两个电容电压差进行调节控制得到，所述逆变电路的两个调制波信号的幅值分别为：

当变流系统交流侧输出电流的方向为流入电网方向，则：

当变流系统交流侧输出电流的方向为流出电网方向，则：

其中，u₁、u₂分别为两个调制波信号的幅值；u_i为复合控制输出值的幅值；k为压差调节值；i_g为变流系统交流侧输出电流，且定义流入电网方向为正方向。

进一步的，所述调节控制为PI调节控制。

进一步的，所述第一设定范围为：3～6dB，所述第二设定范围为：30～60度。

本发明还提供了一种单相三电平变流系统，包括依次连接的Z源网络、逆变电路、以及滤波电路；还包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器用于采集所述逆变电路直流侧两个电容电压，所述电流互感器用于采集变流系统交流侧输出电流的实际值；还包括控制装置，所述控制装置包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述介绍的基于复合控制与粒子群的变流器控制方法，并达到与该方法相同的效果。

进一步的，所述逆变电路为单相半桥三电平逆变电路。

进一步的，所述滤波电路为LCL滤波电路。

附图说明

图1是本发明的单相三电平变流系统的电路结构图，且图1中：

1为光伏电站，2为准Z源网络，3为单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路，4为LCL型滤波电路，5为电网阻抗，6为公共电网，7为锁相环，8为驱动电路，9为控制装置，10为电压传感器；3-1为均压电容，3-2为第一逆变桥臂；10-1为第一电压传感器，10-2为第二电压传感器；

图2是本发明的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法的原理框图；

图3是本发明的与均压模块配合使用的调制策略的原理图；

图4是本发明的采用粒子群算法求解待优化参数的流程图；

图5-1是本发明的并网电流波形图；

图5-2是本发明的单相三电平变流系统的并网电流THD图。

具体实施方式

本发明的基本构思为：将鲁棒H∞控制和比例谐振控制组合而成的复合控制器应用于单相三电平变流系统控制中，对变流系统交流侧输出电流i_g(入网电流)进行控制，不仅能够保证系统的稳定性，还能够有效降低系统的跟踪误差，以解决阻抗波动问题。且由于复合控制器中需要调节参数过多，故使用粒子群算法进行迭代寻优确定，以对这些参数进行合理的优化，在降低调试工作量的同时，保证了系统的稳定性和可靠性。另外，设计了均压模块来对逆变电路中的直流侧电压进行均衡。

基于上述发明构思，下面结合附图和实施例，对本发明的一种单相三电平变流系统和一种基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法进行详细说明。

系统实施例：

本发明的一种单相三电平变流系统实施例，其电路结构如图1所示，包括依次连接的Z源网络2、单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路3、LCL型滤波电路4、以及网侧阻抗Zg5，还包括锁相环7、驱动电路8、控制装置9、以及电压传感器10。

光伏电站1的输出端连接Z源网络2的输入端，Z源网络2的输出端连接单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路3的输入端，单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路3的输出端连接LCL型滤波电路4的输入端，LCL型滤波电路4的输出端通过网侧阻抗Z_g5连接公共电网6的输入端，锁相环7的输入端连接公共电网6的两端，锁相环7的输出端连接数字控制器9的输入端。同时，第一电压传感器10-1的输入端连接第一均压电容C_d1的两端，第二电压传感器10-2的输入端连接第二均压电容C_d2的两端，第一电压传感器10-1的输出端连接控制装置9的输入端，第二电压传感器10-2的输出端连接控制装置9的输入端。其中：

Z源网络2包括电感L₁、电感L₂、和电容C₁、以及电容C₂，电感L₁的一端与电容C₁的上端连接，另一端与电容C₂的上端连接，电感L₂的一端与电容C₂的下端连接，另一端与电容C₁的下端连接。

单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路3包括均压电容3-1、以及逆变桥臂3-2。均压电容3-1包括第一均压电容C_d1、第二均压电容C_d2，第一均压电容C_d1的正极性端连接Z源网络2的正输出端，另一端与中线相接，第二均压电容C_d2的负极性端连接Z源网络2的负输出端，正极性端与中线相接。

第一逆变桥臂3-2包括箝位二极管VD₁、箝位二极管VD₂、全控型开关器件S₁、全控型开关器件S₂、全控型开关器件S₃和全控型开关器件S₄。箝位二极管VD₁的阴极端连接全控型开关器件S₁的发射极，箝位二极管VD₁的阳极端连接中线，箝位二极管VD₂的阴极端连接中线，箝位二极管VD₂的阳极端连接全控型开关器件S₃的发射极。

全控型开关器件S₁的集电极连接第一均压电容C_d1的正极性端，全控型开关器件S₁的门极与驱动电路7的输出连接，全控型开关器件S₁的发射极与全控型开关器件S₂的集电极连接，同时与箝位二极管VD₁的阴极端连接，全控型开关器件S₂的发射极连接全控型开关器件S₃的集电极，同时连接LCL型滤波电路4的输入端，全控型开关器件S₂的门极与驱动电路7的输出连接，全控型开关器件S₃的发射极连接全控型开关器件S₄的集电极，全控型开关器件S₃的门极与驱动电路7的输出端连接，全控型开关器件S₄的门极与驱动电路8的输出连接，全控型开关器件S₄的发射极连接第二均压电容C_d2的负极性端。

LCL型滤波电路4包括滤波电感L_f1、滤波电感L_f2和滤波电容C_f。滤波电感L_f1的输入端连接单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路3的输出端，滤波电感L_f1的输出端连接电容C_f的上端，同时连接滤波电感L_f2的输入端，电容C_f的下端连接单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路3的另一输出端，滤波电感L_f2的输出端通过网侧阻抗Z_g连接公共电网6的输入端。锁相环7的输入端连接公共电网6的两端，锁相环7的输出端连接控制装置9的输入端，控制装置9的输出端连接驱动电路8的输入端。

控制装置9包括存储器和处理器，处理器选用DSP，型号为TMS320F28335，存储器选用DSP中的内存，内存中存储有程序代码，处理器执行存储在存储器中的指令，可以实现本发明的一种基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其控制框图如图2所示，整个过程如下：

步骤一，设计鲁棒H∞控制器。其构建过程如：

1)建立参数摄动模型。三电平并网变流器的时域模型如下：

其中，i₁(t)表示流过电感L_f1的电流；v_c(t)表示滤波电容C_f上的电压；i_g(t)表示并网电流。

使用G(s)表示逆变器桥臂电压v_i(s)到并网电流i_g(s)的传递函数，如式(2)所示：

其中，Z_g＝r_g+jL_g，r_g表示网侧的等效线路电阻，L_g表示网侧的线路的等效电感。

由式(2)可知单相三电平变流系统的基准模型是：

其中，L_gnorm表示网侧电感的基准值；r_gnorm表示网侧电阻的基准值。设定网侧阻抗波动范围是r_g∈[r_gmin,r_gmax]，L_g∈[L_gmin,L_gmax]。

用乘性摄动的形式表示实际的三电平并网逆变器模型：

G(s)＝G₀(s)(1+Δ(s)) (4)

2)选取权重函数。使用两个权重函数，分别如下：

其中，W_{1_0}(s)、W_{2_0}(s)分别为两个权重函数；k₁为第一权重函数W₁(s)的增益系数，ξ₁为第一权重函数W₁(s)的阻尼，ω₀为第一权重函数W₁(s)的基波角频率；ξ₂为第二权重函数W₂(s)的阻尼，ω_p为第二权重函数W₂(s)的角频率；其中，参数k₁、ω₀、ω_p、ξ₁和ξ₂为鲁棒H∞控制器的未知的待优化参数。

3)鲁棒控制器求解。定义多输入多输出广义系统中参考信号w到评价指标z的闭环传递函数T_wz，建立关于闭环传递函数T_wz的无穷范数不等式：

其中，灵敏度函数S(s)与补灵敏度函数T(s)分别为：

可将优化问题等价为求解如下不等式：

求解式(8)即可得到一个高阶的鲁棒H∞控制器：

4)采用降阶函数，对鲁棒H∞控制器进行降阶。

5)鲁棒H∞控制器求解。

步骤二，进行多重谐振控制器设计。

1)确定多重谐振控制器的函数表达式：

式中，k_i表示影响控制器的增益；ω_c为与系统带宽相关、影响系统快速性的参数；ω_i表示对应谐波的频率。

2)根据逆变器的谐波情况确定多重谐振控制器的数量。本实施例中，多重谐振控制器包括三个比例谐振控制器，分别为用于抑制三次谐波的第一比例谐振控制器、用于抑制五次谐波的第二比例谐振控制器、以及用于抑制七次谐波的第三比例谐振控制器。第一比例谐振控制器、第二比例谐振控制器、第三比例谐振控制器分别为：

式中，K_{PR_3}(s)、K_{PR_5}(s)、K_{PR_7}(s)分别为第一比例谐振控制器、第二比例谐振控制器、第三比例谐振控制器；ω₃＝300π，ω₅＝500π，ω₇＝700π；且k_i、ω_c为谐振控制器的待优化参数。

步骤三，设计好鲁棒H∞控制器和多重谐振控制器的基本雏形后，采用粒子群算法对其中的待优化参数进行优化，如图4所示，过程如下：

1)确定初始粒子群和优化目标。

选取复合控制器中的参数k₁、k_i、ω₀、ω_p、ω_c、ξ₁、ξ₂为待优化参数。定义初始粒子群中包括多个粒子，每个粒子的初值均为：x₀＝[k₁(0),k_i(0),ω₀(0),ω_p(0),ω_c(0),ξ₁(0),ξ₂(0)]＝[0.5,2,314,1700,10,0.1,0.1]，迭代次数设置为T_max＝1200，粒子群大小设置为N＝50。待优化参数的约束条件包括：0.1＜k₁＜10，0.1＜k_i＜8，1＜ω_c＜50。

2)计算当前控制器下系统的幅值裕度G_m、相角裕度γ_m，调用仿真模型得到入网电流的THD，将此三个指标的计算结果均归一化到0到1之间，将加权和Q作为适应度函数，Q值越大表明控制器效果越好，Q为：

Q＝γ′_m+G′_m+1-THD′

其中，Q为适应度函数，γ′_m为归一化后的相角裕度，G′_m为归一化后的幅值裕度，THD′为归一化后的入网电流总谐波失真。

其中，使用的闭环传递函数为：

其中，K_pwm表示增益。

该步骤中，适应度函数所体现的关系为：幅值裕度在3～6dB范围内越大，适应度越好，相角裕度在30～60度范围内越大，适应度越好，入网电流总谐波失真越小，适应度越好。

3)求出局部最优值X_besti和全局最优值X_bestg。根据局部最优值X_besti和全局最优值X_bestg，进行控制器参数的速度和位置更新。速度更新采用收缩因子法：

v_in(t+1)＝γ{v_in(t)+c₁r₁[X_bestin-x_in(t)]+c₂r₂[X_bestgn-x_in(t)]} (13)

位置更新如下：

x_in(t+1)＝x_in(t)+v_in(t+1) (15)

其中，i＝1,2,…,m；n＝1,2,…,N；c1＝c2＝2.05；

γ＝0.7298；t表示第t代。

4)评价本系统的稳定性、快速性、入网电流的谐波含量是否满足要求(此处设置为Q＞2.5)，比较局部最优值X_besti和全局最优值X_bestg，采用“优胜劣汰”的准则进行粒子替换。

5)判断算法结束的条件，包括是否寻得最优值和迭代次数，此两者满足其一即可跳出循环。

根据上述步骤，最终求得的鲁棒H∞控制和多重谐振控制器如下：

利用上述方法得到棒H∞控制器和多重谐振控制器后，便可组合成为复合控制器，按照步骤四至步骤六的方法便可得到单相半桥二极管钳位型三电平逆变电路3的脉冲控制信号。

步骤四，将变流系统交流侧输出电流的参考值i_gref与变流系统交流侧输出电流的实际值i_g作差，得到的差值e分别经过鲁棒H∞控制器和多重谐振控制器进行闭环控制，分别得到鲁棒控制输出值和谐振控制输出值，将鲁棒控制输出值和谐振控制输出值相加得到控制输出值u_i。

步骤四，将逆变电路直流侧两个电容电压差进行PI调节控制得到压差调节值k；根据控制输出值u_i，并结合变流系统交流侧输出电流的方向以及压差调节值k，生成单相半桥二极管钳位型三电平逆变电路3的两个调制波信号；生成的单相半桥二极管钳位型三电平逆变电路3的两个调制波信号如下：

其中，u₁、u₂分别为两个调制波信号的幅值；u_i为控制输出值的幅值；k为压差调节值；i_g为变流系统交流侧输出电流，且定义流入电网方向为正方向。

步骤五，结合生成的单相半桥二极管钳位型三电平逆变电路3的两个调制波信号、以及单相半桥二极管钳位型三电平逆变电路3的载波信号，确定单相半桥二极管钳位型三电平逆变电路3的脉冲控制信号。具体的调制波与载波配合生成脉冲控制信号的调制策略为：

如图3所示，调制波1与调制波2反相，调制波1与载波1比较产生脉冲G1和脉冲G3，调制波2与载波比较产生脉冲G2和脉冲G4。其中，脉冲G1与G3互补，脉冲G2与G4互补。按照此调制策略可以使单相半桥NPC逆变器输出三电平的电压。当i_g≥0，表示逆变系统给电网供电，此时第一均压电容C_d1的电压下降，第二均压电容C_d2的电压上升，两者压差变大，则需要降低调制波的幅值，另一个调制波的幅值则相应减小；当i_g<0时，情况相反。采用式(17)和式(18)作为确定调制波1和调制波2幅值的依据，通过PI控制器自动调节两个电容压差至零。

本发明的单相三电平变流系统，硬件系统包括：前级的Z源网络、中间级的单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路、以及后级的LCL滤波电路，输出电能并入电网。其中，单相半桥二极管箝位型三电平逆变电路能够适应高压大功率工况运行，增加了逆变器输出的电平数，大大降低了逆变器输出电压的变化率，输出的电能具有较低的谐波含量。使得此拓扑结构具有输出功率大、承受电压高、输出电能谐波含量小的优点。而且，为了解决阻抗扰动的问题，采用鲁棒H∞控制和多重谐振控制相结合的复合控制方法，不仅保证系统的稳定性，还有效降低系统的跟踪误差，复合控制器中的多个参数采用粒子群算法迭代寻优得到，以对复合控制器的参数进行合理的优化。另外，设计了均压模块来改变调制波的幅值，以达到直流侧电容电压均衡的目的。

而且，本实施例中的中级逆变电路为单相半桥二极管钳位型三电平逆变电路，作为其他实施方式，还可选用单相全桥二极管钳位型三电平逆变电路，也可达到电容电压均衡的目的并解决阻抗波动的问题。

下面将上述控制方法应用于单相三电平变流系统中，其仿真效果分别如图5-1和图5-2所述。图5-1是并网电流波形，图5-2三电平半桥并网逆变器的并网电流THD图。从图中可以看出最优的多重谐振控制器能够使系统的稳态性能得到很大提升，无静差跟踪参考信号。

方法实施例：

本发明的一种基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，如变流系统实施例中介绍的一种基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其控制框图见图2，这里不再赘述。

Claims (10)

1.一种基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其特征在于，所述单相三电平变流系统包括逆变电路，逆变电路的交流侧用于连接电网，该方法包括如下步骤：

1)将变流系统交流侧输出电流的参考值与变流系统交流侧输出电流的实际值作差，得到的差值分别经过鲁棒H∞控制器和谐振控制器进行闭环控制，对应得到鲁棒控制输出值和谐振控制输出值，将鲁棒控制输出值和谐振控制输出值相加得到复合控制输出值；

其中，鲁棒H∞控制器和谐振控制器的待优化参数采用粒子群算法进行迭代寻优得到，且粒子群算法的适应度函数与以下三个指标中的至少一个有关：幅值裕度、相角裕度和入网电流总谐波失真，幅值裕度在第一设定范围内越大，适应度越好，相角裕度在第二设定范围内越大，适应度越好，入网电流总谐波失真越小，适应度越好；

2)根据复合控制输出值生成逆变电路的调制波信号，并结合逆变电路的载波信号确定逆变电路的脉冲控制信号。

2.根据权利要求1所述的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其特征在于，所述适应度函数与三个指标均有关，且适应度函数为：

Q＝γ′_m+G′_m+1-THD′

其中，Q为适应度函数，γ′_m为归一化后的相角裕度，G′_m为归一化后的幅值裕度，THD′为归一化后的入网电流总谐波失真。

3.根据权利要求1所述的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其特征在于，所述鲁棒H∞控制器使用两个权重函数，两个权重函数分别为：

其中，W_{1_0}(s)、W_{2_0}(s)分别为两个权重函数，k₁为第一权重函数W₁(s)的增益系数，ξ₁为第一权重函数W₁(s)的阻尼，ω₀为第一权重函数W₁(s)的基波角频率；ξ₂为第二权重函数W₂(s)的阻尼，ω_p为第二权重函数W₂(s)的角频率；其中，参数k₁、ω₀、ω_p、ξ₁和ξ₂为鲁棒H∞控制器的待优化参数。

4.根据权利要求1所述的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其特征在于，所述谐振控制器包括三个比例谐振控制器，分别为用于抑制三次谐波的第一比例谐振控制器、用于抑制五次谐波的第二比例谐振控制器、以及用于抑制七次谐波的第三比例谐振控制器，各个比例谐振控制器的输入值均为得到的差值，各个比例谐振控制器的输出值相加得到所述谐振控制输出值；所述第一比例谐振控制器、第二比例谐振控制器、第三比例谐振控制器分别为：

式中，K_{PR_3}(s)、K_{PR_5}(s)、K_{PR_7}(s)分别为第一比例谐振控制器、第二比例谐振控制器、第三比例谐振控制器；ω₃＝300π，ω₅＝500π，ω₇＝700π；k_i为影响比例谐振控制器的增益，ω_c为与系统带宽相关、影响系统快速性的参数，且k_i、ω_c为谐振控制器的待优化参数。

5.根据权利要求3所述的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其特征在于，骤2)中，所述根据复合控制输出值生成逆变电路的调制波信号包括：

根据复合控制输出值的幅值，并结合变流系统交流侧输出电流的方向以及压差调节值，生成逆变电路的两个调制波信号；其中，压差调节值由逆变电路直流侧两个电容电压差进行调节控制得到，所述逆变电路的两个调制波信号的幅值分别为：

当变流系统交流侧输出电流的方向为流入电网方向，则：

当变流系统交流侧输出电流的方向为流出电网方向，则：

其中，u₁、u₂分别为两个调制波信号的幅值；u_i为复合控制输出值的幅值；k为压差调节值；i_g为变流系统交流侧输出电流，且定义流入电网方向为正方向。

6.根据权利要求5所述的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其特征在于，所述调节控制为PI调节控制。

7.根据权利要求1～6任一项所述的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，其特征在于，所述第一设定范围为：3～6dB，所述第二设定范围为：30～60度。

8.一种单相三电平变流系统，其特征在于，包括依次连接的Z源网络、逆变电路、以及滤波电路；还包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器用于采集所述逆变电路直流侧两个电容电压，所述电流互感器用于采集变流系统交流侧输出电流的实际值；还包括控制装置，所述控制装置包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如权利要求1～7任一项所述的基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法。

9.根据权利要求8所述的单相三电平变流系统，其特征在于，所述逆变电路为单相半桥三电平逆变电路。

10.根据权利要求8所述的单相三电平变流系统，其特征在于，所述滤波电路为LCL滤波电路。

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