一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器技术方案

本发明专利技术公开了一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器，包括：首先定义完整的光伏并网的逆变器的动态模型，通过采用反推控制方法对光伏系统的逆变器进行控制，并在控制器中加入指令滤波器以消除反推控制器的微分膨胀，此外，设计基于李雅普诺夫稳定性理论的自适应律来估计并网逆变器中不确定的参数，并发明专利技术一种投影算子，保证自适应控制器中估计值有界，保证并网逆变器的不确定参数(包括直流侧电容,输出电阻和电感)的估计值有界。另外，增加滑模控制器来提高系统的鲁棒性。该新型自适应指令滤波反推滑模控制器用以稳定直流侧电压和控制光伏系统的输出功率以及输入饱和的问题。及输入饱和的问题。及输入饱和的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器


[0001]本专利技术涉及光伏并网储能系统的
，针对光伏并网电力系统逆变器的控制器，所专利技术的是一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器。

技术介绍

[0002]目前，由于并网光伏系统数量快速增长，系统控制器面临着维持电网的稳定性和可靠性的巨大挑战。影响光伏并网系统的能量储存有两个关键因素，第一个因素是天气条件的影响，包括光照强度、温度和其他气象条件。另一个因素是逆变器、光伏控制器和系统中负载的影响。天气条件是不可控的,所以光伏系统直流侧考虑采用蓄电池储能系统来补偿当光照强度和温度变化时光伏系统输出功率的波动。同时，需要对逆变器进行有效的控制，以保证光伏系统的输出功率的质量。光伏并网电力系统的目的是将最大功率转换为高质量电能输送给电网。即使尽管天气条件变化，光伏系统的功率因数也应稳定，这就要求所专利技术的逆变器控制器不能向电网注入谐波电流。
[0003]现有的对光伏微电网功率波动和逆变器非线性问题进行了大量的研究，例如将分数阶滑模控制器应用于孤岛分布式能源，并对输出电压进行跟踪控制，但是用直流电源代替分布式能源，当光伏阵列与系统直流侧连接时，输出功率不稳定。又例如光伏电池的最大功率点追踪(MPPT)采用滑模控制，采用基于李雅普诺夫函数的控制方法对变结构控制系统进行控制，虽然该控制器具有更好的控制效果，但是没有考虑该光伏并网系统包含储能单元的情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对
技术介绍
中的不足，专利技术了一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器，包括如下：
[0005]S1，首先对光伏电池及阵列建模，图2所示为光伏电池的电路图。二极管电流I
D
表示为公式
[0006][0007]I
s
是光电流，R
sh
是分流电阻，R
s
是分流电阻，q为电子电荷(q＝1.6
×
109C)，I0为反向饱和电流，A为无量纲连接材料系数，k为玻尔兹曼常数，T为太阳电池的工作温度(开尔文标度)。在图2中，根据基尔霍夫电流定律，PV电池产生的输出电流i
pv
可表示为
[0008][0009]受太阳光照强度影响的光电流表示为
[0010][0011]其中，I
sc
为短路电流，R为太阳光照强度，k
i
为光伏蓄电池短路电流的参数,T
n
是光伏电池的参考温度。随电池温度变化的饱和电流I0如下
[0012][0013]其中，E
g
为光伏电池的半导体带隙能量，I
RS
为在参考温度和辐照条件下的反向饱和电流。通常情况下，光伏电池通过串联和并联的方式组成光伏阵列。图3为光伏阵列的电路图N
s
和N
p
是分别串联和并联光伏电池的数量。输出电流i
pv
表示为
[0014][0015]不同天气条件下的光伏阵列的电压性能特征如图4所示。最大功率点随天气情况而变化。功率变换器开关采用MPPT法来表示光伏阵列的最大输出功率。使用电导增量法来执行MPPT控制。P为输出功率,I为电流，U为光伏阵列电压，所以
[0016]P＝UI
ꢀꢀ
(6)
[0017]若光照强度和温度保持稳定,在最大功率点p
‑
v曲线的光照强度和温度的导数为0。所以
[0018][0019]即
[0020][0021]当输出电压变化率等于负的输出瞬态电导值时，可保证光伏阵列在最大功率点工作，对光伏阵列的电压和电流进行采样，由于控制精度高且响应速度快，该方法适用于大气条件变化相对较快的状况。
[0022]S2，图5为直流侧光伏和电池储能系统模块的能量管理策略，在实际应用中还必须考虑减少蓄电池储能系统的充放电次数，P
g
代表电网需要的功率，P
pv
代表光伏阵列功率，P
bt
是电池的功率模块，图6是并网电池储能光伏系统的结构图，包括光伏阵列、滤波电容器、R
‑
L滤波器、逆变器和三相电网。并网DC
‑
AC逆变器系统的动态模型(d
‑
q坐标系下)为
[0023][0024][0025]其中E
d
、E
q
、i
d
、i
q
分别为d
‑
q坐标系下的电网电压和电流。k
d
和k
q
是d
‑
q坐标系的开关函数。根据基尔霍夫定律，逆变器直流侧为
[0026][0027]其中，u
dc
为直流母线电压，i0和i
dc
分别为boost电路输出电流和逆变器输入电流。根据能量守恒定律，忽略逆变器功率损耗，系统输出与直流侧的功率平衡关系为
[0028][0029]在稳态下E
q
的平均值等于零。把公式(11)代入公式(10)，直流母线电压的动态表达式为
[0030][0031]完整的光伏并网的逆变器的动态模型表示为
[0032][0033]S3，在上述数学模型中，R,L,C分别为系统中电阻、电感、电容。由于在系统中准确测量参数的值很困难，在一定程度上认为参数是不确定的，表示为
[0034][0035]将式(14)代入到式(13)中，式(13)改写为
[0036][0037][0038][0039]S4，定义系统的跟踪误差
[0040][0041][0042][0043]S5，为稳定直流母线电压，选取李雅普诺夫函数
[0044][0045]将(15)中的u
dc
值代入公式(16)，将转换
[0046][0047][0048]是满足李亚普诺夫稳定条件的要求。
[0049]S6，设计虚拟控制器
[0050][0051][0052]由于参数η1未知，因此用代替η1，得
[0053][0054]为参数估计误差。
[0055]S7，设计控制器时需对虚拟控制器求导，大量的微分计算可能会对控制器的稳定性产生负面影响。而指令滤波器不仅可以处理微分膨胀和输入饱和的问题，还可以消去时间的导数。指令滤波器的状态方程为
[0056][0057][0058]由于指令滤波器可能产生滤波误差，因此重新定义跟踪误差设计补偿信号为
[0059][0060]改写得
[0061][0062]S8，控制器d轴采用普通一阶滑模控制
[0063]S1＝e2ꢀꢀ
(29)
[0064]控制器q轴采用积分滑模控制
[0065][0066]S9，选择以下李雅普诺夫函数得到自适应更新律，响应误差的动态稳定性为
[0067][0068][0069]根据公式(17)，(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器，其特征在于，包括如下：S1：建立光伏系统中逆变器的数学模型；S2：采用反推控制的方法对其进行控制；S3：在控制器中加入指令滤波器以消除反推控制器的微分膨胀；S4：发明基于李雅普诺夫稳定性理论的自适应律来估计并网逆变器中不确定的参数；S5：发明一种投影算法，保证自适应控制器中不确定参数的估计值有界；S6：增加滑模控制器以提高系统的鲁棒性。2.根据权利要求1所述的一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器的制备方法，其特征在于，首先对光伏电池及阵列建模，二极管电流I
D
表示为其中，I
s
是光电流，R
sh
是分流电阻，R
s
是分流电阻，q为电子电荷(q＝1.6
×
109C)，I0为反向饱和电流，A为无量纲连接材料系数，k为玻尔兹曼常数，T为太阳电池的工作温度(开尔文标度)，根据基尔霍夫电流定律，PV电池产生的输出电流i
pv
可表示为受太阳光照强度影响的光电流表示如下其中，I
sc
为短路电流，R为太阳光照强度，k
i
为光伏蓄电池短路电流的参数,T
n
是光伏电池的参考温度，随电池温度变化的饱和电流I0为其中，E
g
为光伏电池的半导体带隙能量，I
RS
为在参考温度和辐照条件下的反向饱和电流，通常情况下，光伏电池通过串联和并联的方式组成光伏阵列，输出电流i
pv
表示为不同天气条件下的光伏阵列的电压性能特征，最大功率点随天气情况而变化，功率变换器开关采用MPPT法来表示光伏阵列的最大输出功率，使用电导增量法来执行MPPT控制，P输出功率,I为电流，U为光伏阵列电压，所以P＝UI (6)如果光照强度和温度保持稳定,在最大功率点p
‑
v曲线的光照强度和温度的导数为0，所以得到
当输出电压变化率等于负的输出瞬态电导值时，可保证光伏阵列在最大功率点工作。3.根据权利要求1所述的一种储能光伏并网系统的新型自适应指令滤波反推滑模控制器的制备方法，其特征在于，直流侧光伏和电池储能系统模块的能量管理策略，P
g
代表电网需要的功率，P
pv
代表光伏阵列功率，P
bt
代表电池的功率模块，包括光伏阵列、滤波电容器、R
‑
L滤波器、逆变器和三相电网，并网DC
‑
AC逆变器系统的动态模型(d
‑
q坐标系下)为q坐标系下)为其中，E
d
、E
q
、i
d
、i
q
分别为d
‑
q轴上的电网电压和电流，k
d
和k
q
是d
‑
q 坐标系的开关函数，根据基尔霍夫电压电流定律，逆变器直流侧为其中，u
dc
为直流母线电压，i0和i
dc
分别为boost电路输出电流和逆变器输入电流，忽略...

【专利技术属性】
技术研发人员：许德智，杨玮林，
申请(专利权)人：江联苏州工业自动化研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：