[发明专利]基于自抗扰控制的UPS三相PWM电压源逆变器及控制方法

说明书

本发明涉及UPS电压源逆变器技术，具体涉及基于自抗扰控制的UPS三相PWM电压源逆变器，包括自抗扰控制器ADRC和UPS三相PWM电压源逆变器，UPS三相PWM电压源逆变器为自抗扰控制器ADRC的受控对象；自抗扰控制器ADRC包括跟踪微分控制器TD、扩张状态观测器ESO、非线性状态误差反馈控制器NLSEF；跟踪微分控制器TD的输入端接输入信号，输出端连接非线性状态误差反馈控制器NLSEF输入端和扩张状态观测器ESO输出端，扩张状态观测器ESO输入端连接UPS三相PWM电压源逆变器输入端，非线性状态误差反馈控制器NLSEF输出端连接扩张状态观测器ESO输出端。该自抗扰控制的UPS三相PWM电压源逆变器，具有良好的稳定性和较强的抗扰动能力。

技术领域

本发明属于UPS电压源逆变器技术领域，尤其涉及基于自抗扰控制的UPS三相PWM电压源逆变器及控制方法。

背景技术

近年来，各行业、各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求，尤其是实时性很强的重要系统、重要部门和重要的用电设备对供电质量的要求和我国的电网实际状况的矛盾日益尖锐。

不间断电源(UPS)作为一种稳压稳频纯净化的绿色电源越来越成为人们关注的焦点，它被广泛地应用在保护敏感负载，如：PC机，服务器，医疗设备，通讯系统的电源故障或者电源的干扰，为这些重要负载提供了高质量高可靠性的纯净电源。由于电压源逆变器由于具有结构简单、控制灵活、适应性强等特点，它在UPS电源等越来越多领域得到广泛应用；并作为UPS的核心，能把直流电转换成用户所需的稳压稳频的交流电。

这样看来，UPS电压源逆变器在使用中除了对最重要的系统响应速度需要重视以外，还应关注逆变器的谐波畸变率和稳定性。由此，就需要选择良好的系统控制方法。

为了研究上述问题，国内外对电压源逆变器的控制方式上，历经了从简单的开环控制到闭环控制，从古典控制到现代控制，从线性控制到非线性控制，以及近几年研究的人工智能控制，这些控制都追求更好的控制性能，以达到更好的控制效果。但是这些控制方式下的逆变器输出质量仍有较大的提升空间，因此对于电压源逆变器控制方式的研究仍有很大的价值。

就目前的控制方式来说，最典型的有比例-积分(PI)控制器：它使得直流信号能够跟随，但是对于指定的交流信号，交流量会在串联支路或者并联支路的储能元件L与C间进行能量交换，控制器的输出跟指定信号之间存在幅值与相位的偏差；比例-谐振(PR)控制器：它只需要较少的派克变换，实现简单，计算量和复杂性较小。但由于单一的PR控制器不能阻止所有的谐波，它可能无法使逆变器产生高质量的电压。

这些方法都是采取把逆变器局部线性化的方式，再对线性化的模型进行控制，但其实逆变器的模型是具有非线性特征的。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种改进了系统的反馈控制和扰动估计补偿，使系统拥有很强的鲁棒性和通用性，抗扰动能力强的UPS三相PWM电压源逆变器。

本发明的第二个目的是提供一种基于自抗扰控制技术的UPS三相PWM电压源逆变器控制方法。

在非线性控制中，自抗扰控制技术(active disturbance rejection control，ADRC)受到越来越多的关注。其具有不依赖被控对象的数学模型的特点，并且对被控对象的参数、结构变化以及内外的干扰具有比较好的抑制能力，而且算法简单，易于实现，对于解决电压源逆变器实际控制中存在的各种问题有很大的研究价值。自抗扰控制器包括三个部分，由跟踪微分器(tracking differentiator,TD)、扩张状态观测器(extended stateobserver,ESO)非线性状态误差反馈控制律(nonlinear state error feedback，NLSEF)3部分组成，其中扩张状态观测器ESO可以估计系统的状态，补偿各种扰动，使得系统的抗扰动能力大大增强，是自抗扰控制器的核心。