一种基于模糊pi算法的微电网并网逆变器的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模糊PI算法的微电网并网逆变器的控制方法。该方法包括：（1）采样当前电网电压、当前并网逆变器的输出电流和当前滤波器的电容电流；（2）确定并网电流指令值；（3）调整PI控制器的比例系数和积分系数；（4）通过修正后的PI控制器得到滤波器的电容电流指令值；（5）通过P控制器得到并网逆变器的输出电压指令值；（6）产生控制信号控制并网逆变器开关管的通断，在并网逆变器的功率输出端产生期望的输出电压；（7）重复（1）～（6），使并网逆变器的输出电流始终跟踪指令值。本发明采用模糊算法在线调节PI控制器的控制参数，使逆变器的输出电流能够快速精确地跟踪电流指令信号。
【专利说明】—种基于模糊PI算法的微电网并网逆变器的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子装置控制【技术领域】，更具体地，涉及一种基于模糊PI算法的微电网并网逆变器的控制方法。
【背景技术】
[0002]所谓微电网，就是一个小型的、完整的电网，它包括发电装置、储能装置、距离非常短的输电线路、负荷和控制系统。它是单一的可控单元，是能够实现自我控制、保护和管理的小型自治系统。其运行方式灵活，既能与外部大电网相连接而并网运行，也能脱离大电网独立运行。
[0003]美国可靠性技术解决方案协会(Consortium for Electric ReliabilityTechnology Solutions，简称CERTS)是研究微电网的权威机构。2002年，CERTS对微电网给出了较为完善的定义，主要包括:(1)微电网是一个小型的电网，包含负荷和小功率电源；
(2)微电网不仅可以为本地用户提供热能，也能保障用户对电能的需求；(3)微电网是一个小型的自治系统，能够安全地供电，也能满足用户对电能质量的要求；(4)微电网中的逆变和整流等电能转换过程大部分需要电力电子器件的工作，同时它也能对微电网进行必要的控制。
[0004]由此可见，并网逆变器是微电网的关键设备，其性能直接关系到并入电网中电能的质量，以及分布式发电系统的能源转换效率。并网逆变器的作用是将分布式发电单元和储能单元的直流形式的能量转换为交流形式的能量，从而与外部电网进行连接和能量交换。此时，逆变器的控制目标一般是输出有功功率(P)和输出无功功率(Q)。一般来说，利用电力电子器件构成的逆变器会产生大量的电流谐波，因此，要使用无源器件组成的滤波器来滤掉这些谐波。并网逆变器采用的滤波器通常有两种:电感(L)滤波器和电感-电容-电感(LCL)滤波器。在电感值相同，成本相当的情况下，LCL滤波器具有更好的滤波效果。然而，LCL滤波器作为一个三阶系统，容易产生谐振，造成系统的不稳定。
[0005]通常，抑制谐振有两种方式:一种是无源阻尼法，另一种是有源阻尼法。所谓无源阻尼法，一般是在逆变器电路中增加电阻以直接增加LCL滤波器的阻尼，但是无论是串联还是并联电阻，都会增加系统的额外损耗。所谓有源阻尼法，通常采取对逆变器电压电流的控制来实现抑制谐振的目的，常用的有源阻尼法包括:并网电流外环电容电流内环的双闭环比例-积分(PI)控制策略，基于高阶极点配置的双闭环PI控制策略，加权电流平均值反馈PI控制策略，以及并网电流、电容电压和电感电流的三环PI控制策略等。但是，在以上方法中，PI控制器的比例和积分系数是恒定的，这导致在某些系统结构变化或者参数波动(如外部电网结构发生故障或者内侧直流母线电压剧烈升高)等情况下，逆变器无法快速精确地跟踪控制指令，不能及时调节输入输出的有功和无功功率。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于模糊PI算法的微电网并网逆变器的控制方法，使用LCL滤波器滤波并引入电容电流内环控制抑制谐振的同时，采用模糊算法在线调节PI控制器的控制参数，使逆变器的输出电流能够快速精确地跟踪电流指令信号，从而控制微电网各个分布式发电单元和储能单元与大电网之间的有功和无功功率的顺利传递。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种微电网并网逆变器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0008](1)对电网电压、并网逆变器的输出电流和滤波器的电容电流进行采样，得到当前电网电压Ua。、当前并网逆变器的输出电流I1和当前滤波器的电容电流i。；
[0009](2)根据当前电网电压ua。和期望的并网功率确定并网电流指令值ilMp ；
[0010](3)根据当前并网逆变器的输出电流I1和并网电流指令值ilMp之差，调整PI控制器的比例系数和积分系数；
[0011](4)通过修正后的PI控制器得到滤波器的电容电流指令值i_p ;
[0012](5)根据当前滤波器的电容电流i。和滤波器的电容电流指令值iraep，通过P控制器得到并网逆变器的输出电压指令值Utop ;
[0013](6)根据并网逆变器的输出电压指令值Uliep，产生用于控制并网逆变器开关管的控制信号，利用该信号控制并网逆变器开关管的通断，从而在并网逆变器的功率输出端产生期望的输出电压；
[0014](7)重复执行上述步骤(1)~(6)，使并网逆变器的输出电流始终跟踪指令值。
[0015]优选地，所述步骤(3)进一步包括如下子步骤:
[0016](3-1)计算并网电流指令值i—和当前并网逆变器的输出电流il的误差e，以及误差变化率ec=e-e(l，其中，e0为上个循环内，并网电流指令值和采样的当前并网逆变器的输出电流的误差；
[0017](3-2)分别将误差e和误差变化率e。归一化得到E和E。，使E和E。落入输入论域中，选取模糊集合{NB，匪，NS, Z，PS, PM，PB}，将E和E。代入各个模糊变量在论域上的隶属度函数中，得到E和E。的隶属度；
[0018](3-3)采用Mamdani模糊推理方法，根据模糊控制规则进行模糊推理，由E和Ec的隶属度得到模糊输出量kp和Ici及其对应的隶属度；
[0019](3-4)采用CentiOid重心平均法，根据模糊输出量kp和Iii及其对应的隶属度，得到精确输出量i;进一步得到控制输出量八&和Λ Ki，从而得到调整后的PI控制器的比例系数K’ ρ=Κρ+ Δ Kp和积分系数K’ ^Ki+ Λ Ki，其中，Kp为上个循环结束时PI控制器的比例系数，Ki为上个循环结束时PI控制器的积分系数。
[0020]优选地，所述步骤(3-3)中，kp的模糊控制规则如下:
[0021]
【权利要求】
1.一种微电网并网逆变器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)对电网电压、并网逆变器的输出电流和滤波器的电容电流进行采样，得到当前电网电压Ua。、当前并网逆变器的输出电流I1和当前滤波器的电容电流i。； (2)根据当前电网电压ua。和期望的并网功率确定并网电流指令值ilMp; (3)根据当前并网逆变器的输出电流I1和并网电流指令值ilMp之差，调整PI控制器的比例系数和积分系数； (4)通过修正后的PI控制器得到滤波器的电容电流指令值i_p； (5)根据当前滤波器的电容电流i。和滤波器的电容电流指令值i_p，通过P控制器得到并网逆变器的输出电压指令值U1mp ； (6)根据并网逆变器的输出电压指令值Utop，产生用于控制并网逆变器开关管的控制信号，利用该信号控制并网逆变器开关管的通断，从而在并网逆变器的功率输出端产生期望的输出电压； (7)重复执行上述步骤(1)~(6)，使并网逆变器的输出电流始终跟踪指令值。
2.如权利要求1所述的微电网并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括如下子步骤: (3-1)计算并网电流指令值ilMp和当前并网逆变器的输出电流il的误差e，以及误差变化率ec=e-e(1，其中，e0为上个循环内，并网电流指令值和采样的当前并网逆变器的输出电流的误差； (3-2)分别将误差e和误差变化率e。归一化得到E和E。，使E和E。落入输入论域中，选取模糊集合{NB，匪，NS, Z，PS, PM，PB}，将E和E。代入各个模糊变量在论域上的隶属度函数中，得到E和E。的隶属度； (3-3)采用Mamdani模糊推理方法，根据模糊控制规则进行模糊推理，由E和E。的隶属度得到模糊输出量kp和Ici及其对应的隶属度； (3-4)采用CentiOid重心平均法，根据模糊输出量kp和Ici及其对应的隶属度，得到精确输出量i;进一步得到控制输出量八&和Λ Ki，从而得到调整后的PI控制器的比例系数K’ Ρ=ΚΡ+ Δ Kp和积分系数K’ ^Ki+ Λ Ki，其中，Kp为上个循环结束时PI控制器的比例系数，Ki为上个循环结束时PI控制器的积分系数。
3.如权利要求2所述的微电网并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述步骤(3-3)中，kp的模糊控制规则如下:
4.如权利要求2或3所述的微电网并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为:将误差e输入PI控制器中，分别进行以K’ p为系数的比例计算和以K’ i为系数的积分计算，得到滤波器的电容电流指令值i_p。
【文档编号】H02J3/32GK103956769SQ201410140560
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】徐伟, 穆朝絮 申请人:华中科技大学