[发明专利]一种基于LCL滤波并网逆变器的改进型滑膜控制方法

摘要

一种基于LCL滤波并网逆变器的改进型滑膜控制方法，包括推导逆变器侧电流间接控制并网电流的数学关系；建立LCL滤波并网逆变器的数学模型；基于改进型趋近律的滑膜控制器的设计。本发明将改进型滑模控制应用到LCL滤波并网逆变器中，能够有效抑制并网电流中的谐波成分，得到较好的正弦并网电流波形。表明本发明能有效提高LCL滤波并网逆变器的控制精度和抗干扰能力，增强了系统的鲁棒性。

主权项

一种基于LCL滤波并网逆变器的改进型滑膜控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立系统的功率回路方程，以及逆变器侧电流控制的传递函数，过程如下：1.1，由图1，带LCL滤波器的并网逆变器的功率回路方程如下：L1i·1=ui-ucL2i·2=uc-ugCu·c=i1-i2---(1)]]>其中，ug是电网电压；ui是逆变器侧输出电压；uc是滤波器中电容电压；i1是流经逆变器侧电感L1的电流；i2是流经网侧电感L2的电流；1.2，采用逆变器侧电流i1间接控制并网电流i2的方法，则可以得到逆变器侧电流i1与逆变器输出电压ui的传递函数关系如下：G(s)=i1(s)ui(s)=1L1s---(2)]]>此时，为一个L型滤波的控制系统，控制对象为i1。控制系统的相位和幅值裕度都比较充裕，保留了LCL滤波器对并网电流i2高频信号衰减的良好特性；步骤2，滑膜控制器的设计，过程如下：2.1，忽略滤波器的中电容电感的寄生电阻，并网逆变器的各变量关系如下：令x1＝i1，x2＝i2，x3＝uc得：L1x·1=ui-x3L2x·2=x3-ugCx·3=x1-x2---(3)]]>2.2，根据逆变器的模型，选择滑膜面如下：s=k1∫(x1-x1*)dt+k2(x1-x1*)---(4)]]>对式(4)求导得：s·=k1(x1-x1*)+k2(x·1-x·1*)---(5)]]>其中，是逆变器侧电流x1和网侧电流x2的期望值；2.3，假设网侧电流x2在系统进入稳定状态后完全跟踪了期望值即那么根据式(3)可以得到x1和x3的期望值和如下：x1*=x2*+CL2x··2*+Cu·g---(6)]]>x3*=ug+L2x·2*---(7)]]>2.4，由于和电网电压同频同相，则和ug呈一定的比例关系；因此整个控制系统只需要测量采样x1和ug即可；根据滑膜控制原理，当时，系统工作在滑膜面。根据式(4)可得下式：k1(x1-x2*-CL2x··2*-Cu·g)+k2(ueq-ug-L2x·2*L1-x·2*-CL2x···2*-Cu··g)=0---(8)]]>ueq=ug+k1L1Ck2u·g+CL1u··g+(L1+L2)x·2*+k1L1CL2k2x··2*+CL1L2x···2*+k1L1k2(x2*-x1)---(9)]]>式(9)为滑膜等效控制律，而在实际控制系统达到滑膜面的过程中，需要选取合适的趋近律来降低系统在滑膜状态下的高频抖振，并且得到良好的动态特性；2.5，传统的指数趋近律如下：un＝‑k0s‑εsgn(s)，k0＞0，ε＞0    (10)其中，‑k0s是指数趋近项，‑εsgn(s)是等速趋近项；对式(10)等速趋近项中函数符号εsgn(s)代替为指数形式，同时加入|s|，得到如下式(11)：un=-k0s-ϵ|s|(1-e-s1+e-s),k0>0,ϵ>0---(11)]]>2.6，滑膜控制律如下：usmc＝ueq+un    (12)其中，ueq为等效控制律，un为切换控制律；结合式(9)、(11)可得滑膜控制律为：usmc=ug+k1L1Ck2u·g+CL1u··g+(L1+L2)x·2*+k1L1CL2k2x··2*+CL1L2x···2*+k1L1k2(x2*-x1)-k0s-ϵ|s|(1-e-s1+e-s)---(13)]]>结合式(3)、(4)、(5)、(6)得：ss·=s{k1(x1-x2*-CL2x··2*-Cu·g)+k2[u-ug-L2x·2*L1-x·2*-CL2x···2*-Cu··g]}---(14)]]>结合式(13)、(14)可得：ss·=s{k1(x1-x2*-CL2x··2*-Cu·g)+k2L1[ug+k1L1Ck2u·g+CL1u··g+(L1+L2)x·2*+k1L1CL2k2x··2*+CL1L2x···2*+k1L1k2(x2*-x1)-k0s-ϵ|s|(1-e-s1+e-s)-ug-L2x·2*+L1(-x·2*-CL2x···2*-Cu··g)]}---(15)]]>ss·=s{k2L1[-k0s-ϵ|s|(1-e-s1+e-s)]}<0---(16)]]>由式(16)可知满足滑膜动态存在的条件；2.7，选择以下李雅普诺夫函数：V(t)＝s2＞0    (17)对上式求导得：dV(t)dt=2ss·<0---(18)]]>则，由上式可知系统李雅普诺夫意义下是稳定的，设计的控制律能够满足系统稳定性的要求。