并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法技术方案

本发明专利技术提供一种并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法，包括：根据逆变器并联系统结构建立包含外部干扰和内部参数不确定性的单桥臂闭环控制模型；确定各个输入输出信号，将模型转化为标准H∞控制问题，然后转化为具有块对角结构不确定性的控制系统；设计各个输入输出信号的权函数；采用μ综合方法进行鲁棒控制器设计。采用本发明专利技术的方法设计的控制器，可以抑制各种不确定性的影响，使逆变器并网并联系统的稳定性和性能得到提高，实现对并网电流的准确控制和环流的抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于可再生能源发电领域，具体设及一种并网逆变器并联系统的控制方 法。
技术介绍
由于全球化石能源等不可再生能源的日益枯竭W及环境污染日趋加剧，有效利用 清洁、可再生的能源成为世界各国能源战略的重要选择。利用可再生能源发电的分布式发 电技术得到了越来越多的重视和应用。分布式发电系统通常通过并网逆变器和电网连接， 并按要求向电网输送有功和无功功率。作为接口设备，并网逆变器的作用是准确控制注入 电网的电流成正弦波形，从而实现既定的有功功率和无功功率的输送。因此，并网逆变器的 控制方法就成为分布式发电领域的研究热点之一。当在并网模式下运行时，控制方法主要 可分为间接电流控制和直接电流控制两大类。由于电压谐波和参数变化等不确定因素的影 响，间接电流控制方法的电流波形控制难度很大，容易产生崎变。所W，目前并网逆变器一 般采用直接电流控制，其动态响应快、鲁棒性较强。但由于逆变器的非线性特性和参数不确 定性等影响，采用直接电流控制也会出现并联环流、波形崎变等问题。因此，国内外研究者 着力于采取多种改进型直接电流控制方法W提高系统的控制性能。随着分布式发电系统功 率等级的提高，接口逆变器的并联运行成为必然的选择。当共直流母线的多台逆变器并联 运行时，单元之间互相影响，使并联系统成为一个禪合系统，多种环流成分共同存在，严重 影响系统的正常运行，其中零序环流最为突出。目前采用的控制方法都存在控制策略实现 复杂、控制精度不高等需要改进的地方。
技术实现思路
本专利技术针对W上问题，提出一种 本专利技术采用基于11"控制的结构奇异值y综合方法设计控制器，抑制各种不确定 性的影响，使逆变器并网并联系统的稳定性和性能得到提高，实现对并网电流的准确控制 和环流的抑制。技术方案如下： -种，包括下列步骤： 1)根据逆变器并联系统结构建立包含外部干扰和内部参数不确定性的单桥臂闭 环控制模型，具体模型如下：[000引式中，r为电流参考值，i1为电流实际输出值，K(S)为控制器，Ud。为直流电压，U。 为逆变桥非线性特性所产生的谐波、延时和电压波形崎变的等效电压干扰信号，Ud为交流 母线对直流电源中点的电压变量，P(S)为W电感端电压为输入信号、电感电流为输出信号 的电感环节标称模型，W(S)表示电感参数不确定性的上界，Ai(S)是规范化模型不确定性， IAi(S)M< 1，其中，r为输入信号，ii为输出信号，U。和Ud为干扰信号，统称输入输出 信号； 2)根据电流快速跟踪、系统稳定域最大和环流最小的性能指标要求确定各个输入 输出信号，将第1步所建立的模型转化为标准控制问题，然后转化为具有块对角结构不 确定性的控制系统，所得到的具有块对角结构不确定性的控制系统的系统矩阵M(S)包含 权函数W(S)和鲁棒控制器K(S); 3)根据所述的各个输入输出信号的频率特性，设计各个输入输出信号的权函数， 权函数均选择一阶传递函数，均有3个可调参数，设Wi(S)为第i个输入输出信号的权函数， 其形式如下： 式中，k、a、0为可调参数，k为权函数增益；a〉0时，权函数低频段增益高；反 之则权函数高频段增益高； 4)采用y综合方法进行鲁棒控制器设计，具体为求解系统矩阵结构奇异值的最 小无穷范数，得到鲁棒控制器K(S); 5)采用Hankel奇异值法将K(S)降阶，进而采取双线性变换法对其离散化得 K(Z); 6)验证K(Z)所构成的闭环系统是否满足电流快速跟踪、系统稳定域最大和环流 最小的多目标优化设计要求，若不满足，则转到第3步；若满足，则控制器设计结束。 其中的第4)步，在采用y综合方法进行鲁棒控制器设计中，广义被控对象G的输 入为T，G为：[001引其中，Wi=AiXzi，AU、r为外部干扰输入，U为G的控制输入，e1和H为性能 评价输出，i。为测量输出，WI(S)、Wz(S)、Wa(S)、Wg(S)分别为输入输出的权函数，Ws(S)为测 量信号的低通滤波器。 本专利技术的有益效果如下： 1)此方法设计所得到的控制器能精确控制并网电流，并抵抗系统内部电感等参数 不确定性、系统非线性特性、外部电压扰动、电压谐波、系统延时等因素的影响。[002。。省去了电网电压反馈环节，通过电流的精确控制自动实现环流抑制，简化了控 制策略和控制器实现，适合于两台逆变器及W上组成的并联系统，也可W适用于单台逆变 器的并网电流精确控制。 3)利用Hankel奇异值法降阶后得到的低阶控制器更加简单实用。 4)采用双线性变换法对控制器K(S)进行离散化，易于在数字控制器中编程实现， 应用范围较广，此设计方法还可广泛适合于其他控制电流的控制器设计。 5)控制器设计后较传统PI控制能够更好地保证系统的稳定性。6)所专利技术控制器方法既适用于单相逆变系统，也适用于=相逆变并联系统。【附图说明】 图1为鲁棒控制器设计的总流程图。 图2是单相逆变器并联拓扑结构图。[002引图中，Ud。为直流母线电压，U历电网电压，选择直流电压中点0为电压参考点，系 统中各节点电压叫、U2、叫、U4为逆变器的桥臂输出点电压，L1、L2、L3、La为两台逆变器的滤 波电感，ih为环流。 图3是单桥臂直接电流控制模型框图。 图中Ai(S)是电感参数的规范化模型不确定性，权函数W(S)表示电感参数不确 定性的上界，考虑逆变桥的非线性特性，将其产生的谐波、延时和电压波形崎变等效为电压 干扰信号化，电压变量Ud是电网电压干扰，U为控制量，即SPWM调制时的调制波信号。i* 为电流给定值，ii为实际电流输出值。P(S)为电感标称模型，K(S)为控制器。 图4为单桥臂电流标准心控制框图。[00础图中Au、i%外部干扰输入，记{Au，n为W2，e郝H为性能评价输出，记{ei，IuI}为Z2。Wi(S)、Wz(S)、Wa(S)、We(S)分别为输入输出的权函数，表示对应信号的频率特 性。Ws(S)为测量信号的低通滤波器，K(S)为单输入单输出的控制器。广义被控对象G 的输入为Iwi，AU，i*，u}，输出为{zi，e;，IuI，ie}。{wi，AU，i*}记为W，{zi，e;，I当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法，包括下列步骤：1)根据逆变器并联系统结构建立包含外部干扰和内部参数不确定性的单桥臂闭环控制模型，具体模型如下：i1=[i*·K(s)·Udc2+Ue-us1]·P(s)·(1+W(s)·Δ1(s))1+K(s)·Udc2·P(s)·(1+W(s)·Δ1(s))]]>式中，i*为电流参考值，i1为电流实际输出值，K(s)为控制器，Udc为直流电压，Ue为逆变桥非线性特性所产生的谐波、延时和电压波形畸变的等效电压干扰信号，us1为交流母线对直流电源中点的电压变量，P(s)为以电感端电压为输入信号、电感电流为输出信号的电感环节标称模型，W(s)表示电感参数不确定性的上界，Δ1(s)是规范化模型不确定性，||Δ1(s)||＜1，其中，i*为输入信号，i1为输出信号，Ue和us1为干扰信号，统称输入输出信号；2)根据电流快速跟踪、系统稳定域最大和环流最小的性能指标要求确定各个输入输出信号，将第1步所建立的模型转化为标准H∞控制问题，然后转化为具有块对角结构不确定性的控制系统，所得到的具有块对角结构不确定性的控制系统的系统矩阵M(s)包含权函数W(s)和鲁棒控制器K(s)；3)根据所述的各个输入输出信号的频率特性，设计各个输入输出信号的权函数，权函数均选择一阶传递函数，均有3个可调参数，设Wi(s)为第i个输入输出信号的权函数，其形式如下：Wi(s)=k*(s/α+1)s/β+1,i=1,2,4,5]]>式中，k、α、β为可调参数，k为权函数增益；α>β时，权函数低频段增益高；反之则权函数高频段增益高；4)采用μ综合方法进行鲁棒控制器设计，具体为求解系统矩阵结构奇异值的最小无穷范数，得到鲁棒控制器K(s)；5)采用Hankel奇异值法将K(s)降阶，进而采取双线性变换法对其离散化得K(z)；6)验证K(z)所构成的闭环系统是否满足电流快速跟踪、系统稳定域最大和环流最小的多目标优化设计要求，若不满足，则转到第3步；若满足，则控制器设计结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方红伟，贺叶君，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12