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儲能變流器控積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑模控制方法

文檔序號：40589683發(fā)布日期：2025-01-07 20:29閱讀：3來源：國知局

導航： X技術(shù)> 最新專利>發(fā)電;變電;配電裝置的制造技術(shù)

儲能變流器控積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑?？刂品椒? /><br/><p>本發(fā)明屬于電力電子，具體涉及儲能變流器控積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑模控制方法。</p><p><br/><b>背景技術(shù)：</b><br/></p><p>1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源的需求和消耗日益增大，傳統(tǒng)的能源儲量逐漸減少，發(fā)展可再生能源已成為國內(nèi)為研究共識，風電光伏等可再生能源得到了迅速發(fā)展，分布式電源系統(tǒng)、微電網(wǎng)、直流電網(wǎng)等新型供電方式成為了研究熱點。傳統(tǒng)能源對環(huán)境污染日益嚴重的情況下，新能源汽車等低碳環(huán)保項目的發(fā)展得到了國家大力支持，新能源利用的發(fā)展面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。</p><p>2、在眾多新能源領(lǐng)域中，儲能技術(shù)是其中非常重要的一個技術(shù)環(huán)節(jié)，在光伏風電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電系統(tǒng)具有很大的不穩(wěn)定性和隨機性。為了保證供電的穩(wěn)定性和可靠性，儲能變流器作為儲能電站與電網(wǎng)相連的一個重要鏈接部分，具有多輸入多輸出、強耦合、非線性的特點，針對儲能變流器的非線性控制方法成為了目前研究的重點問題，儲能變流器的控制效果極易受到各種多源干擾與不確定性的影響。例如電磁干擾、諧波干擾等諸多形式的外部干擾，這些干擾對系統(tǒng)的調(diào)壓性能產(chǎn)生很大影響，甚至會影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于工況中存在各種不確定性和外部擾動，復雜的不確定性對逆變器的正常工作產(chǎn)生很大影響，同時一些特殊的應(yīng)用場景對逆變器的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定誤差提出更高要求。因此如何在系統(tǒng)中存在多中非線性干擾的情況下，保證逆變器的魯棒性，提升系統(tǒng)性能指標，成為學者們的研究熱點。</p><p>3、傳統(tǒng)的pid控制方法作為工程中最為常見的控制策略，結(jié)構(gòu)簡單且易于實現(xiàn)，但其參數(shù)整定復雜，魯棒性較差。利用反饋線性方法，建立平衡點小領(lǐng)域內(nèi)的線性信號模型，實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性，然而這種方法對干擾相對敏感，線性化方法并不能有效抑制非匹配干擾。</p><br/><p><b>技術(shù)實現(xiàn)思路</b></p><p>1、本發(fā)明的目的是提供儲能變流器控積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑?？刂品椒?，解決了現(xiàn)有傳統(tǒng)控制方法存在對儲能變流器外部總擾動估計精度不足以及系統(tǒng)內(nèi)部d、q軸之間的耦合影響的問題。</p><p>2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，儲能變流器控積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑模控制方法，用于對光儲變流器后級變流器進行控制，后級變流器為三相并網(wǎng)逆變器，包括由給定的功率參考值經(jīng)過pq控制得到電流的參考值，采用狀態(tài)空間平均法建立三相全橋逆變器的受擾狀態(tài)空間平均模型，以adrc為基礎(chǔ)，將變流器的耦合部分歸入到集總擾動中，通過有限時間觀測器和超螺旋干擾觀測器快速精準的估計了擾動，將觀測器的輸出作為前饋補償與輸出反饋控制方法相結(jié)合，設(shè)計基于超螺旋干擾觀測器和有限時間狀態(tài)觀測器的積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑?？刂破?，實現(xiàn)逆變器輸出電流的控制。</p><p>3、本發(fā)明的特點還在于：</p><p>4、具體按照以下步驟實施：</p><p>5、步驟1：構(gòu)建三相并網(wǎng)逆變器d-q坐標系下的數(shù)學模型；</p><p>6、步驟2：將步驟1建立的數(shù)學模型轉(zhuǎn)化為空間狀態(tài)模型，將總擾動擴張到空間狀態(tài)模型中，構(gòu)建并網(wǎng)三相逆變器的等效模型；</p><p>7、步驟3：根據(jù)并網(wǎng)三相逆變器的等效模型設(shè)計超螺旋干擾觀測器和有限時間觀測器，超螺旋干擾觀測器用于觀測系統(tǒng)的總擾動，將觀測的總擾動反饋到有限時間觀測器對狀態(tài)變量進行估計，引入二階擾動估計，提高對擾動和狀態(tài)變量的觀測精度；</p><p>8、步驟4：根據(jù)步驟3得到的觀測值應(yīng)用到積分型快速非奇異自超螺旋滑模控制器中，在滑模面中引入積分項；</p><p>9、步驟5：根據(jù)步驟4得到的滑?？刂破?，加入自適應(yīng)超螺旋趨近律；</p><p>10、步驟6：根據(jù)以上步驟構(gòu)建基于超螺旋干擾觀測器和有限時間狀態(tài)觀測器的快速積分終端滑模的并網(wǎng)逆變器控制方法得到的輸出，使用spwm調(diào)制得到占空比，將占空比應(yīng)用于三相逆變器開關(guān)管的控制中，實現(xiàn)對三相逆變器的控制。</p><p>11、步驟1具體為，</p><p>12、根據(jù)基爾霍夫定律推導出并網(wǎng)逆變器在abc坐標系下的變量關(guān)系：</p><p>13、</p><p>14、式(1)中，ua、ub、uc為三相逆變器側(cè)的三相電壓，ila、ilb、ilc為流過電感的三相電流，l、c分別為濾波電感、電容參數(shù)，r為電路等效電阻參數(shù)，uga、ugb、ugc為交流電網(wǎng)電壓，ia、ib、ic為電網(wǎng)側(cè)的三相電流；</p><p>15、將式(1)經(jīng)過坐標變換得d-q坐標下的逆變器交流側(cè)的數(shù)學模型為：</p><p>16、</p><p>17、式(2)中，ω為電網(wǎng)電壓角頻率，ud、uq分別表示逆變器的交流電壓在d、q軸上的分量，ild、ilq分別表示電感電流在d、q軸上的分量，id、iq分別表示網(wǎng)側(cè)電流在d、q軸上的分量，udr＝sdudc，uqr＝squdc，sd、sq分別為d、q軸開關(guān)函數(shù)，開關(guān)函數(shù)定義為：</p><p>18、</p><p>19、步驟2具體為：</p><p>20、在電網(wǎng)電壓三相平衡的基礎(chǔ)下，取電網(wǎng)電壓d軸方向作為電壓矢量的方向，根據(jù)瞬時功率理論，得到功率方程為：</p><p>21、</p><p>22、式(4)中，pref、qref分別為設(shè)定的有功功率和無功功率的參考值，idref、iqref分別為設(shè)定的有功功率和無功功率的電流參考值；</p><p>23、由式(4)計算電路中有功功率和無功功率：</p><p>24、</p><p>25、在此三相逆變器的基礎(chǔ)上使用pq控制，pq控制控制包括功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)，外環(huán)通過式(5)計算的電流內(nèi)環(huán)參考值idref、iqref，然后由式(2)微分方程設(shè)計電流內(nèi)環(huán)控制律來控制輸出；</p><p>26、將系統(tǒng)內(nèi)外部擾動和參數(shù)攝動統(tǒng)一用集總擾動表示，對式(2)進行數(shù)學變換得到如下受擾模型：</p><p>27、</p><p>28、式(6)中，bd、bq分別為d、q軸控制量增益，fd、fq分別為等效后的d、q軸集總擾動，集總擾動fd、fq包括系統(tǒng)未建模部分、耦合部分以及系統(tǒng)內(nèi)外擾動，其表達式為：</p><p>29、</p><p>30、步驟3具體為，</p><p>31、令狀態(tài)變量xd1＝id，xd3＝fd，xq1＝iq，xq3＝fq，則式(7)寫成如下形式：</p><p>32、</p><p>33、定義zd1、zd2、zd3、zq1、zq2、zq3分別為xd1、xd2、xd3、xq1、xq2、xq3的觀測值，根據(jù)式(6)受擾模型，設(shè)計如下有限時間觀測器:</p><p>34、</p><p>35、式(9)中，sgn(.)為符號函數(shù)，kd1、kd2、kq1、kq2為觀測器增益且為正數(shù)；α1∈(1-ε,1)，ε＞0，α2＝2α1；</p><p>36、設(shè)計如下超螺旋干擾觀測器：</p><p>37、</p><p>38、式(10)中，sgn(.)為符號函數(shù)；k1,2,3,4為觀測器增益；x式中擾動xd3，xq3計算如下：</p><p>39、</p><p>40、令d、q軸電網(wǎng)側(cè)電流id，iq與網(wǎng)側(cè)電流參考值之間的偏差ed、eq為：</p><p>41、</p><p>42、式(12)中，idref為id的參考值，iqref為iq的參考值；</p><p>43、將積分滑模面與非奇異終端滑模相結(jié)合，選取d-q軸積分型快速非奇異終端滑模面為sd、sq：</p><p>44、</p><p>45、式(13)中，λ1和λ2大于0，</p><p>46、當系統(tǒng)進入滑動模態(tài)時，有即：</p><p>47、</p><p>48、步驟5具體為，</p><p>49、對式(14)求導并化簡得：</p><p>50、</p><p>51、由式(15)得電流內(nèi)環(huán)d、q軸的等效控制律udreq、uqreq為：</p><p>52、</p><p>53、以改進型的超螺旋滑模趨近律作為滑模面的切換控制律，d軸切換控制律如下：</p><p>54、</p><p>55、式(17)中，ma為切換項的積分，k2＝2εk1+β+4ε2，其中γ1，μ，ε，β，km均為正常數(shù)；</p><p>56、q軸切換控制律如下：</p><p>57、</p><p>58、式(18)中，mb為切換項的積分，k5＝2εk4+β+4ε2，其中γ1，μ，ε，β，km均為正常數(shù)；</p><p>59、聯(lián)立式(16)、式(17)與式(18)得d、q軸的完整的綜合控制律ud、uq為：</p><p>60、</p><p>61、本發(fā)明的有益效果是：</p><p>62、本發(fā)明儲能變流器控積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑?？刂品椒?，針對傳統(tǒng)干擾狀態(tài)觀測器其精確度不高的問題提出解決方法，設(shè)計了超螺旋干擾觀測器，采用超螺旋算法準確估計儲能變流器系統(tǒng)的外部變化和內(nèi)部參數(shù)的擾動和不確定性信息。其次采用有限時間觀測器對逆變器系統(tǒng)的輸出電流進行精準觀測，采用積分型快速非奇異自適應(yīng)超螺旋滑模控制方法，該控制器對抖振問題進行削弱，超螺旋滑模控制算法的控制增益參數(shù)設(shè)計依賴于干擾和不確定性的邊界信息，獲取這些信息在實際情況中相對困難，自適應(yīng)增益可以使得控制增益自適應(yīng)調(diào)整進而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。</p>
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該技術(shù)已申請專利。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系技術(shù)所有人。
技術(shù)研發(fā)人員：盧進軍,任俊恒,王嘉俊,皇金鋒
技術(shù)所有人：陜西理工大學
我是此專利的發(fā)明人

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