一种三电平NPC变换器的滑模控制方法技术

一种三电平NPC变换器的滑模控制方法，属于电力电子控制技术领域，解决了三电平NPC变换器采用现有基于观测器的滑模控制存在抖振大，对测量噪声十分敏感的问题。本发明专利技术采用直流电压调节环，获取当前采样点时刻负载的有功功率参考值p

【技术实现步骤摘要】
一种三电平NPC变换器的滑模控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子控制
，具体涉及一种三电平NPC变换器的滑模控制方法。

技术介绍

[0002]在过去的几十年中，，许多种多电平功率变换器拓扑被提出以满足中高压应用的需求。三电平中性点钳位(NPC)功率变换器作为一种高性能和低损耗的多电平功率变换器，于1979年被首次提出。与传统的两电平变换器相比，NPC功率变换器具有更高的电压等级和更好的输出电压波形等优势。目前它已经成熟的应用于有源前端或变速驱动等几种中高压工业应用中。例如，直流微电网(MG)，光伏发电，风力涡轮机，电机驱动和能量存储系统等。
[0003]目前，这些应用中的NPC变换器使用的控制方法有许多，包括传统的PI控制和近期提出的基于观测器的滑模控制等。虽然它们都可以实现基本的控制目标，但是仍然存在一些缺点，可以总结为：
[0004](1)使用PI控制，虽然可以保证NPC的正常运行，但是它的动态和稳态性能却无法保证；此外，当出现外部干扰时，例如加载的情况，PI控制器无法迅速的抑制扰动，导致直流母线电压出现较大的过冲，对整个系统造成破坏，抗干扰性较差。
[0005](2)使用基于观测器的滑模控制，虽然可以提升动态性能，但是会产生较大的抖振现象，对系统造成不良的影响。此外，扰动观测器虽然可以提升系统的抗干扰能力，但是它对测量噪声十分敏感，从而限制了它的性能。
[0006]因此，综上采用传统的PI控制算法对三电平NPC变换器进行控制的方法，存在抗干扰性能较差，系统稳态性能及动态响应性能差的缺点。而采用基于观测器的滑模控制，存在抖振大，对测量噪声十分敏感的问题。因此，以上问题亟需解决。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的是为了解决三电平NPC变换器采用现有基于观测器的滑模控制存在抖振大，对测量噪声十分敏感的问题，提供了一种三电平NPC变换器的滑模控制方法。
[0008]本专利技术所述一种三电平NPC变换器的滑模控制方法，该方法为:
[0009]采用直流电压调节环，利用三电平NPC变换器直流侧电压实际值v
dc
和直流侧电压参考值通过自适应滑模控制器，获取当前采样点时刻直流侧的有功功率参考值p
*
；
[0010]采用瞬时功率跟踪环，利用当前采样点时刻直流侧的有功功率参考值p
*
、有功功率实际值p、无功功率实际值q和预设的无功功率参考值q
*
，通过二阶滑模控制器，获取三电平NPC变换器平均占空比号δ
αβ
；
[0011]对三电平NPC变换器平均占空比δ
αβ
进行αβ/abc坐标变换，获得abc坐标系下的三电平NPC变换器平均占空比δ
a
'
bc
；
[0012]采用电压平衡环，对直流侧不平衡电压实际值e
dc
与直流侧不平衡电压参考值作差，并将二者的差值进行PI调节，获得平衡占空比δ
ba
；
[0013]对平衡占空比δ
ba
和电平NPC变换器平均占空比δ
a
'
bc
相加后，通过脉冲宽度调制器，获得三电平NPC变换器开关管控制信号，实现对三电平NPC变换器控制。
[0014]进一步地，本专利技术中，采用直流电压调节环，利用三电平NPC变换器直流侧电压实际值v
dc
和直流侧电压参考值通过自适应滑模控制器ASMC和非线性高增益观测器NHGO，获取当前采样点时刻负载的有功功率参考值p
*
的具体方法为：
[0015]步骤A1、利用三电平NPC变换器直流侧电压实际值v
dc
和直流侧电压参考值计算直流电压调节环跟踪误差s
v
；其中，
[0016]步骤A2、通过自适应滑模控制器ASMC，对直流电压调节环跟踪误差s
v
进行纠正，并输出纠偏后的跟踪误差
[0017]步骤A3、采用非线性高增益观测器NHGO对步骤A1中的x1和上一采样点时刻有功功率参考值p
*
对直流负载的有功功率x2进行观测，获得直流侧负载功率的估计值
[0018]步骤A4、对所述纠偏后的跟踪误差和直流侧负载功率的估计值相加，获得当前采样点时刻有功功率参考值p
*
。
[0019]进一步地，本专利技术中，步骤A2中，自适应滑模控制器ASMC的动态方程为：
[0020][0021]其中，K
v
为自适应滑模控制器ASMC的增益，为一个时变量，自适应滑模控制器的自适应率为：
[0022][0023]其中，K
l
是自适应滑模控制器ASMC的增益变化率，K
m
是自适应滑模控制器ASMC的增益判定参数，b
a
是自适应滑模控制器ASMC的增益梯度判定参数。
[0024]进一步地，本专利技术中，步骤A3中，非线性高增益观测器NHGO的动态方程为：
[0025][0026][0027]其中，C是直流侧电容的电容值，是变量x1的估计值，是变量x1的导数的估计值，是直流负载的有功功率x2的导数的估计值，α1是非线性高增益观测器NHGO的前级增益参数，α2是非线性高增益观测器NHGO的后级增益参数，ε1和ε2是非线性高增益观测器NHGO的两个增益参数，且ε2大于ε1,b
s
是非线性高增益观测器NHGO的增益判定参数，sat(
·
)为饱和函数。
[0028]进一步地，本专利技术中，采用瞬时功率跟踪环，利用当前采样点时刻直流侧的有功功率参考值p
*
、有功功率实际值p、无功功率实际值q和预设的无功功率参考值q
*
，通过二阶滑模控制器，获取三电平NPC变换器平均占空比δ
αβ
的具体方法为：
[0029]步骤B1、将当前采样点时刻有功功率参考值p
*
和有功功率实际值p比较，获得有功
功率跟踪误差s
p
，同时，将当前采样点时刻无功功率实际值q和预设的无功功率参考值q
*
相比较，获得无功功率跟踪误差s
q
；
[0030]步骤B2、通过二阶滑模控制器SOSM对有功功率跟踪误差s
p
和无功功率跟踪误差s
q
进行纠正，获得纠偏后的有功功率跟踪误差和纠偏后的无功功率跟踪误差
[0031]步骤B3、根据有功功率跟踪误差s
p
、无功功率跟踪误差s
q
、上一采样点时刻有功功率纠正量u
p
和上一采样点时刻无功功率纠正量u
q
，利用高增益观测器NHGO对由系统不确定参数而引起的内部扰动l
p
和l
q
进行观测，获得内部扰动的估计值和其中，有功功率纠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平NPC变换器的滑模控制方法，其特征在于，该方法为:采用直流电压调节环，利用三电平NPC变换器直流侧电压实际值v
dc
和直流侧电压参考值通过自适应滑模控制器ASMC和非线性高增益观测器NHGO，获取当前采样点时刻直流侧的有功功率参考值p
*
；采用瞬时功率跟踪环，利用当前采样点时刻直流侧的有功功率参考值p
*
、有功功率实际值p、无功功率实际值q和预设的无功功率参考值q
*
，通过二阶滑模控制器，获取三电平NPC变换器平均占空比号δ
αβ
；对三电平NPC变换器平均占空比δ
αβ
进行αβ/abc坐标变换，获得abc坐标系下的三电平NPC变换器平均占空比δ
′
abc
；采用电压平衡环，对直流侧不平衡电压实际值e
dc
与直流侧不平衡电压参考值作差，并将二者的差值进行PI调节，获得平衡占空比δ
ba
；对平衡占空比δ
ba
和电平NPC变换器平均占空比δ
′
abc
相加后，通过脉冲宽度调制器，获得三电平NPC变换器开关管控制信号，实现对三电平NPC变换器控制。2.根据权利要求1所述的一种三电平NPC变换器的滑模控制方法，其特征在于，采用直流电压调节环，利用三电平NPC变换器直流侧电压实际值v
dc
和直流侧电压参考值通过自适应滑模控制器ASMC和非线性高增益观测器NHGO，获取当前采样点时刻直流侧的有功功率参考值p
*
的具体方法为：步骤A1、利用三电平NPC变换器直流侧电压实际值v
dc
和直流侧电压参考值计算直流电压调节环跟踪误差s
v
；其中，步骤A2、通过自适应滑模控制器ASMC，对直流电压调节环跟踪误差s
v
进行纠正，并输出纠偏后的跟踪误差步骤A3、采用非线性高增益观测器NHGO对步骤A1中的x1和上一采样点时刻有功功率参考值p
*
对直流负载的有功功率x2进行观测，获得直流侧负载功率的估计值步骤A4、对所述纠偏后的跟踪误差和直流侧负载功率的估计值相加，获得当前采样点时刻有功功率参考值p
*
。3.根据权利要求3所述的一种三电平NPC变换器的滑模控制方法，其特征在于，步骤A2中，自适应滑模控制器ASMC的动态方程为：其中，K
v
为自适应滑模控制器ASMC的增益，为一个时变量，自适应滑模控制器的自适应率为：其中，K
l
是自适应滑模控制器ASMC的增益变化率，K
m
是自适应滑模控制器ASMC的增益判定参数，b
a
是自适应滑模控制器ASMC的增益梯度判定参数。4.根据权利要求3所述的一种三电平NPC变换器的滑模控制方法，其特征在于，步骤A3中，非线性高增益观测器NHGO的动态方程为：
其中，C是直流侧电容的电容值，是变量x1的估计值，是变量x1的导数的估计值，是直流负载的有功功率x2的导数的估计值，α1是非线性高增益观测器NHGO的前级增益参数，α2是非线性高增益观测器NHGO的后级增益参数，ε1和ε2是非线性高增益观测器NHGO的两个增益参数，且ε2大于ε
1 b
s
是非线性高增益观测器NHGO的增益判定参数，sat(
·
)为饱和函数。5.根据权利要求1或4所述的一种三电平NPC变换器的滑模控制方法，其特征在于，采用瞬时功率跟踪环，利用当前采样点时刻直流侧的有功功率参考值p
*
、有功功率实际值p、无功功率实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立刚，刘健行，孙光辉，沈肖宁，殷允飞，高亚斌，姚蔚然，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：