[发明专利]基于电路能量状态的LCL单相并网逆变器控制方法

权利要求书

1.一种基于电路能量状态的LCL型单相并网逆变器控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，根据储能元件的储能规律以及选定的电路参数得到电路的能量状态方程；

步骤1-1，选择的三个电路变量分别为变换器侧电感电流i₁、电容电压U_c和电网电流i₂，根据电感和电容的储能特点，建立电路的能量状态模型；

步骤2，对LCL型单相并网逆变器建立有限状态机控制器，设定有效状态和初始状态，获得基于滑模控制的有限状态机控制器收敛条件及切换条件；

步骤3，根据所述基于滑模控制的有限状态机控制器，在有限频率情况下，使控制变量在有限的时间内收敛到平衡点，即单相并网逆变器输出电流无偏差的跟踪上给定值。

2.根据权利要求1所述的基于电路能量状态的LCL型单相并网逆变器控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：

建立电路能量状态的模型

这里引入E代表电路的能量状态，根据电网侧电流的参考值，可以得到电路参考能量状态

3.根据权利要求1所述的基于电路能量状态的LCL型单相并网逆变器控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2-1，设定状态机的有效状态和初始状态，使有效状态对应状态机的输出量；状态机有四个有效状态A₊、A_-、A_delay、A_delay-和一个初始状态；当电路能量状态EE_ref时，系统工作在左半平面，状态机由A₊和A_delay+驱动，当电路能量状态EE_ref时，系统工作在右半平面，状态机由A_{_}和A_{_}驱动。A_delay-和A_delay+代表此时状态机进入延时环节，符号“-”代表右半平面，此时控制量d＝-1，符号“+”代表左半平面，此时控制量d＝1；

步骤2-2，根据步骤1所得的系统能量状态模型，通过与参考值之间的比较，得到状态之间互相跳转的切换条件。

选择滑模面

s＝E-E_ref (3)

V_in＝dV_dc (4)

d＝-sgn(s) (5)

状态机的四个有效状态有对应的控制量A₊、A_-、A_delay+、A_delay-，其中状态A_delay和状态A_-对应的控制量d＝-1，此时s大于零，此时开关管1和开关管4关断，开关管2和开关管3导通，输入电压V_in＝V_dc。

V_in＝U_c+L₁di₁/dt (6)

在此状态下，根据所建立的电路能量模型，可以推断出电路中的能量状态E将会增大；

状态A₊和A_delay+状态对应的控制量d＝1，此时s小于零时，输入电压为V_dc，此时开关管2和开关管3关断，开关管1和开关管4导通，输入电压V_in＝-V_dc。

-V_in＝U_c+L₁di₁/dt (7)

在此状态下，根据所建立的电路能量模型，可以推断出电路中的能量状态E将会减小。

通过上述状态之间的切换，在有限的时间内，电路能量状态将跟踪至参考能量状态。

4.根据权利要求1所述的基于电路能量状态的LCL型单相并网逆变器控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：

在E＝E_ref的基础上，假设一

情况1

i₁i_refi₂ (9)

根据基尔霍夫电流定律，可得

i₁＝i₂+i_c (10)

此时i_c0，在此期间，电容两端电压将会上升，当

U_cv_g+L₂di₂/dt (11)

电网电流将会上升，此过程将会持续直至

i₁＝i₂＝i_ref,U_c＝U_ref (12)

情况2

i₂i_refi₁ (13)

根据基尔霍夫电流定律，可得

i₁＝i₂+i_c (14)

此时i_c0，在此期间，电容两端电压将会下降，当

U_cv_g+L₂di₂/dt (15)

电网电流将会下降，此过程将会持续直至

i₁＝i₂＝i_ref,U_c＝U_ref (16)

假设二

情况1

i₂i_ref,U_cU_ref (18)

根据基尔霍夫电流定律，可得

i₁＝i₂+i_c (19)

此时i_c0，在此期间，电容两端电压将会下降，当

U_cv_g+L₂di₂/dt (20)

电网电流将会下降，此过程将会持续直至

i₁＝i₂＝i_ref,U_c＝U_ref (21)

情况2

i₂i_ref,U_cU_ref (22)

由于

U_cv_g+L₂di₂/dt (23)

电网电流将会上升，此过程将会持续直至

i₁＝i₂＝i_ref,U_c＝U_ref (24)

假设三

情况1

i₁i_ref,U_cU_ref (26)

根据基尔霍夫电流定律，可得

i₁＝i₂+i_c (27)

此时i_c0，在此期间，电容两端电压将会上升，变换器侧电感电流i₁逐渐下降，此过程将会持续直至

i₁＝i₂＝i_ref,U_c＝U_ref (28)

情况2

i₁i_ref,U_cU_ref (29)

由于

U_cv_g+L₂di₂/dt (30)

伴随着电容电压下降，电网侧电流上升，此过程将会持续直至

U_c＝v_g+L₂di₂/dt (31)

由于

E＝E_ref (32)

若此时i₁＝i_ref，则电路能量状态到达参考电路能量状态，若此时i₁i_ref,由于

i₁i₂ (33)

i₁＝i₂+i_c (34)

随着电容电压继续降低，变换器侧电流持续增大，电网侧电流持续减小，此过程将会持续直至

i₁＝i₂＝i_ref,U_c＝U_ref (35) 。