[发明专利]基于光伏并网逆变器的多变量内模结构的自抗扰控制方法

权利要求书

1.一种基于光伏并网逆变器的多变量内模结构的自抗扰控制方法，其特征在于：

步骤1，根据光伏并网逆变器的等效电路拓扑结构图，得到d-q轴旋转坐标系下电网侧逆变器的数学模型：

式中，e_d、e_q是d-q轴旋转坐标系下的电网电压分量，i_d、i_q是d-q轴旋转坐标系下的网侧电流分量，u_d、u_q是d-q轴旋转坐标系下的逆变器输出电压分量，s_d、s_q是d-q轴旋转坐标系下的开关函数分量，ω为电角速度；

步骤2，采用LADRC控制器，LADRC控制器包括线性跟踪微分器LTD、线性扩展状态观测器LESO和线性状态误差反馈控制率LSEF，线性扩展状态观测器LESO把总扰动扩展成为系统的新状态变量，然后使用系统的输入和输出来重构所有状态，包括原始状态变量和输出的系统扰动，受控对象的微分方程可以写为以下通用形式：

式(5)中，u是控制系统的输入，y是控制系统的输出，a₀是控制系统参数，w是控制系统的未知外部扰动，u是系统的输入，b是控制系统增益；

令x₁＝y，且f(y,w)＝-a₀y+w+(b-b₀)u为系统的广义扰动，包含系统内扰和外扰，将其扩展为系统的状态变量x₂＝f(y，w)，则可得系统(5)的状态方程：

式中：x₁、x₂为系统状态变量，

建立线性扩张状态观测器(LESO)为：

式中，y是被控系统输出，z₁是y的跟踪信号，z₂是跟踪总和扰动信号，β₁、β₂是输出误差校正增益；

设扰动补偿环节为：

并忽略z₂对f(y，w)的估计误差，则系统(6)可简化为一个积分结构：

设计线性状态误差反馈律为：

u₀＝k_p(v-z₁) (8)

式中，v为系统给定信号，k_p为控制器参数。根据式(9)和(10)可得系统闭环传递函数：

根据公式(11)可知取合适的比例增益k_p＝ω_c，可使系统稳定；

根据式(7)、(8)和(10)构成式(5)的自抗扰控制器LADRC的一阶结构；

步骤3，根据极点配置方法，对式(7)中的LESO做如下配置：

此时，一阶自抗扰控制器LADRC需要调整控制器带宽ω_c，观测器带宽ω₀以获得控制目的；

电压外环采用一阶自抗扰控制器LADRC时，首先建立其对应的LESO，根据公式(4)，电压外环的数学模型为一阶自抗扰控制器LADRC，其状态空间表达式为：

其中b₀＝3/(2C)，u_u为直流母线电压的参考值，x_1u为直流母线电压的实际值，x_2u是LESO扩展的新状态变量，用于描述系统的总扰动，包括内部不确定性和外部扰动系统的；

根据式(7)和(12)可得当前的二阶LESO为：

通过选择适当的带宽ω_0u，z_1u和z_2u可以快速跟踪直流总线电压u_dc和系统的总扰动；

设计线性误差反馈控制律和扰动补偿为：

一阶自抗扰控制器LADRC可等效为一阶惯性环节，可通过控制k_p的大小，来控制内部回路的响应速度；

步骤4，内部模型控制和一阶自抗扰控制器LADRC控制器结合，形成改进型的一阶自抗扰控制器LADRC结构；

结合式(7)和(12)，消去z₁，可得：

把被控对象设为G(s)，由改进型的一阶自抗扰控制器LADRC结构可知内模结构中估计模型、相应的内模控制器和滤波器分别为：

G′＝b₀,

系统的乘性不确定性可表示为：

由式(17)可知，可设控制系统的互补灵敏度函数为：

把ESO推导为公式(16)形式后，改进型一阶自抗扰控制器LADRC控制器形成典型的内模控制结构经过简化，可得z₁、z₂传递函数为：

步骤5，采用双闭环控制方法，即电压外环采用基于步骤2中得出的一阶自抗扰控制器LADRC的控制方法，电流内环采用步骤4中得出的基于内模结构改进型的一阶自抗扰控制器LADRC的控制方法。