并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，具體設(shè)及一種并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于全球化石能源等不可再生能源的日益枯竭W及環(huán)境污染日趨加劇，有效利用 清潔、可再生的能源成為世界各國(guó)能源戰(zhàn)略的重要選擇。利用可再生能源發(fā)電的分布式發(fā) 電技術(shù)得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。分布式發(fā)電系統(tǒng)通常通過(guò)并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)連接， 并按要求向電網(wǎng)輸送有功和無(wú)功功率。作為接口設(shè)備，并網(wǎng)逆變器的作用是準(zhǔn)確控制注入 電網(wǎng)的電流成正弦波形，從而實(shí)現(xiàn)既定的有功功率和無(wú)功功率的輸送。因此，并網(wǎng)逆變器的 控制方法就成為分布式發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)在并網(wǎng)模式下運(yùn)行時(shí)，控制方法主要 可分為間接電流控制和直接電流控制兩大類。由于電壓諧波和參數(shù)變化等不確定因素的影 響，間接電流控制方法的電流波形控制難度很大，容易產(chǎn)生崎變。所W，目前并網(wǎng)逆變器一 般采用直接電流控制，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、魯棒性較強(qiáng)。但由于逆變器的非線性特性和參數(shù)不確 定性等影響，采用直接電流控制也會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)環(huán)流、波形崎變等問(wèn)題。因此，國(guó)內(nèi)外研究者 著力于采取多種改進(jìn)型直接電流控制方法W提高系統(tǒng)的控制性能。隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)功 率等級(jí)的提高，接口逆變器的并聯(lián)運(yùn)行成為必然的選擇。當(dāng)共直流母線的多臺(tái)逆變器并聯(lián) 運(yùn)行時(shí)，單元之間互相影響，使并聯(lián)系統(tǒng)成為一個(gè)禪合系統(tǒng)，多種環(huán)流成分共同存在，嚴(yán)重 影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其中零序環(huán)流最為突出。目前采用的控制方法都存在控制策略實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜、控制精度不高等需要改進(jìn)的地方。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)W上問(wèn)題，提出一種并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法
[0004] 本發(fā)明采用基于11"控制的結(jié)構(gòu)奇異值y綜合方法設(shè)計(jì)控制器，抑制各種不確定 性的影響，使逆變器并網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能得到提高，實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的準(zhǔn)確控制 和環(huán)流的抑制。技術(shù)方案如下：
[0005] -種并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法，包括下列步驟：
[0006] 1)根據(jù)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立包含外部干擾和內(nèi)部參數(shù)不確定性的單橋臂閉 環(huán)控制模型，具體模型如下：
[000引式中，r為電流參考值，i1為電流實(shí)際輸出值，K(S)為控制器，Ud。為直流電壓，U。 為逆變橋非線性特性所產(chǎn)生的諧波、延時(shí)和電壓波形崎變的等效電壓干擾信號(hào)，Ud為交流 母線對(duì)直流電源中點(diǎn)的電壓變量，P(S)為W電感端電壓為輸入信號(hào)、電感電流為輸出信號(hào) 的電感環(huán)節(jié)標(biāo)稱模型，W(S)表示電感參數(shù)不確定性的上界，Ai(S)是規(guī)范化模型不確定性， IAi(S)M< 1，其中，r為輸入信號(hào)，ii為輸出信號(hào)，U。和Ud為干擾信號(hào)，統(tǒng)稱輸入輸出 信號(hào)；
[0009] 2)根據(jù)電流快速跟蹤、系統(tǒng)穩(wěn)定域最大和環(huán)流最小的性能指標(biāo)要求確定各個(gè)輸入 輸出信號(hào)，將第1步所建立的模型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)控制問(wèn)題，然后轉(zhuǎn)化為具有塊對(duì)角結(jié)構(gòu)不 確定性的控制系統(tǒng)，所得到的具有塊對(duì)角結(jié)構(gòu)不確定性的控制系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣M(S)包含 權(quán)函數(shù)W(S)和魯棒控制器K(S);
[0010] 3)根據(jù)所述的各個(gè)輸入輸出信號(hào)的頻率特性，設(shè)計(jì)各個(gè)輸入輸出信號(hào)的權(quán)函數(shù)， 權(quán)函數(shù)均選擇一階傳遞函數(shù)，均有3個(gè)可調(diào)參數(shù)，設(shè)Wi(S)為第i個(gè)輸入輸出信號(hào)的權(quán)函數(shù)， 其形式如下：
[0012] 式中，k、a、0為可調(diào)參數(shù)，k為權(quán)函數(shù)增益；a〉0時(shí)，權(quán)函數(shù)低頻段增益高；反 之則權(quán)函數(shù)高頻段增益高；
[0013] 4)采用y綜合方法進(jìn)行魯棒控制器設(shè)計(jì)，具體為求解系統(tǒng)矩陣結(jié)構(gòu)奇異值的最 小無(wú)窮范數(shù)，得到魯棒控制器K(S);
[0014] 5)采用Hankel奇異值法將K(S)降階，進(jìn)而采取雙線性變換法對(duì)其離散化得 K(Z);
[0015] 6)驗(yàn)證K(Z)所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)是否滿足電流快速跟蹤、系統(tǒng)穩(wěn)定域最大和環(huán)流 最小的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，若不滿足，則轉(zhuǎn)到第3步；若滿足，則控制器設(shè)計(jì)結(jié)束。
[0016] 其中的第4)步，在采用y綜合方法進(jìn)行魯棒控制器設(shè)計(jì)中，廣義被控對(duì)象G的輸 入為[WiAuTur,輸出為[ZiGiHie]T，G為：
[001引其中，Wi=AiXzi，AU、r為外部干擾輸入，U為G的控制輸入，e1和H為性能 評(píng)價(jià)輸出，i。為測(cè)量輸出，WI(S)、Wz(S)、Wa(S)、Wg(S)分別為輸入輸出的權(quán)函數(shù)，Ws(S)為測(cè) 量信號(hào)的低通濾波器。
[0019] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0020] 1)此方法設(shè)計(jì)所得到的控制器能精確控制并網(wǎng)電流，并抵抗系統(tǒng)內(nèi)部電感等參數(shù) 不確定性、系統(tǒng)非線性特性、外部電壓擾動(dòng)、電壓諧波、系統(tǒng)延時(shí)等因素的影響。
[002。。省去了電網(wǎng)電壓反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)電流的精確控制自動(dòng)實(shí)現(xiàn)環(huán)流抑制，簡(jiǎn)化了控 制策略和控制器實(shí)現(xiàn)，適合于兩臺(tái)逆變器及W上組成的并聯(lián)系統(tǒng)，也可W適用于單臺(tái)逆變 器的并網(wǎng)電流精確控制。
[0022] 3)利用Hankel奇異值法降階后得到的低階控制器更加簡(jiǎn)單實(shí)用。
[0023] 4)采用雙線性變換法對(duì)控制器K(S)進(jìn)行離散化，易于在數(shù)字控制器中編程實(shí)現(xiàn)， 應(yīng)用范圍較廣，此設(shè)計(jì)方法還可廣泛適合于其他控制電流的控制器設(shè)計(jì)。
[0024] 5)控制器設(shè)計(jì)后較傳統(tǒng)PI控制能夠更好地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[00巧]6)所發(fā)明控制器方法既適用于單相逆變系統(tǒng)，也適用于=相逆變并聯(lián)系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為魯棒控制器設(shè)計(jì)的總流程圖。
[0027] 圖2是單相逆變器并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[002引圖中，Ud。為直流母線電壓，U歷電網(wǎng)電壓，選擇直流電壓中點(diǎn)0為電壓參考點(diǎn)，系 統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電壓叫、U2、叫、U4為逆變器的橋臂輸出點(diǎn)電壓，L1、L2、L3、La為兩臺(tái)逆變器的濾 波電感，ih為環(huán)流。
[0029] 圖3是單橋臂直接電流控制模型框圖。
[0030] 圖中Ai(S)是電感參數(shù)的規(guī)范化模型不確定性，權(quán)函數(shù)W(S)表示電感參數(shù)不確 定性的上界，考慮逆變橋的非線性特性，將其產(chǎn)生的諧波、延時(shí)和電壓波形崎變等效為電壓 干擾信號(hào)化，電壓變量Ud是電網(wǎng)電壓干擾，U為控制量，即SPWM調(diào)制時(shí)的調(diào)制波信號(hào)。i* 為電流給定值，ii為實(shí)際電流輸出值。P(S)為電感標(biāo)稱模型，K(S)為控制器。
[0031] 圖4為單橋臂電流標(biāo)準(zhǔn)心控制框圖。
[00礎(chǔ)圖中Au、i%外部干擾輸入，記{Au，n為W2，e郝H為性能評(píng)價(jià)輸出，記{ei，IuI}為Z2。Wi(S)、Wz(S)、Wa(S)、We(S)分別為輸入輸出的權(quán)函數(shù)，表示對(duì)應(yīng)信號(hào)的頻率特 性。Ws(S)為測(cè)量信號(hào)的低通濾波器，K(S)為單輸入單輸出的控制器。廣義被控對(duì)象G 的輸入為Iwi，AU，i*，u}，輸出為{zi，e;，IuI，ie}。{wi，AU，i*}記為W，{zi，e;，I