一种适用于微电网双向变流器的复合控制方法与流程

本发明涉及双向变流器控制技术领域，具体涉及微电网双向变流器的复合控制方法。

背景技术：

微电网以其环境友好和控制灵活等优点成为新能源利用的最好组织形式。然而，电力电子接口降低了微电网惯性，同时叠加光伏风力等可再生新能源的随机性与间歇性，降低了负荷跟踪能力、抗扰动冲击能力以及可控性。大电网中的DVR(动态电压恢复器)、SVG(静止无功发生器)、APF(有源滤波器)等应用于微电网中经济性较差，不能直接应用于微电网交流馈线中。基于双向变流技术的电能质量治理装置对微电网的稳定控制和电能质量的改善具有重要的意义,当微电网中风电、光伏等分布式电源(Distributed Generator,DG)输出功率波动或者负荷波动时，变流器快速响应，输出或者吸收电能以达到系统平衡与稳定。

传统的微电网双向变流器控制策略包括以下几种，双闭环PI控制，直接功率控制，基于Lyapunov稳定性理论的控制以及自抗扰控制等。目前，应用最广泛的是双闭环PI控制，但是，若网侧电压波形畸变是双闭环控制不能起到很好的调节作用。直接功率控制方法存在开关频率不固定，电流谐波大和滤波器设计困难的问题。基于Lyapunov稳定性理论的控制方法，虽然解决了系统大范围设置全局稳定的问题，但要找到合适的Lyapunov能量函数比较困难。采用自抗扰控制虽然鲁棒性较好，但其模型较为复杂，参数调节过多，不利于工程实现。

因此，需要提供一种有效的控制策略，满足设计简单，利于工程实现的要求还要兼顾快速的动态响应、较低的电流谐波和较好的鲁棒性。

技术实现要素：

为了克服现有微电网双向变流器控制方法的无法兼顾动态响应、电流谐波和鲁棒性的不足，本发明提供一种同时具有快速的动态响应、较低的电流谐波和较好的鲁棒性的基于复合控制的微电网双向变流器控制方法。

本发明的技术方案为：

一种适用于微电网双向变流器的复合控制方法，包括以下步骤：

a.获取所述双向变流器直流侧电压u_dc，直流侧电流i_L，交流侧三相电压e_a、e_b、e_c和三相电流i_a、i_b、i_c；

b.对交流侧三相电压电流值通过dq坐标变化得到d轴电压电流e_d、i_d和q轴电压电流e_q、i_q；

c.根据给定的直流侧电压参考值通过滑膜控制器得到电流内环控制器的内环d轴电流参考值

d.根据d轴电流参考值和给定的q轴电流参考值通过反馈线性化控制器得到空间矢量调制器输入值和

e.通过空间矢量调制器得到SVPWM调制波，控制功率器件开关动作。

进一步，所述步骤c中，所述滑膜控制器的设计方法为：

选取u_dc和i_q作为系统的输出量，得到双向变流器的可控标准型状态空间表达式为：

其中，C为直流侧电容值，R为交流测线路等效阻抗，L为交流侧电感值，S_d、S_q为开关函数，ω为角频率，定义误差变量根据滑膜控制理论选取滑模面其中，k₁，β＝k₃/k₂为滑膜系数；根据以上式子并结合系统在理想滑模面以单位功率因素稳态运行时的规律，得到内环d轴电流控制指令表达式:其中，e_rms为交流侧电压有效值。

再进一步，所述步骤d中，所述反馈线性化控制器的设计方法为：

选择x₁＝i_d，x₂＝i_q作为系统的状态变量，u₁＝u_d^*，u₂＝u_q^*作为系统的输入变量，y₁＝i_d，y₂＝i_q作为系统的输出变量，按照反馈线性化的基本方法对系统的输出变量求导得到式中：其中ω是交流侧电压的角频率，引入反馈控制规律得到新的一阶线性化关系根据有界跟踪原理，新的控制输入v₁、v₂为即为电流内环反馈线性化表达式，其中，k₁₁、k₁₂、k₂₁、k₂₂为系统零极点配置参数。

更进一步，所述步骤d中，由步骤c得到的输入值和经过空间矢量调制得到6路SVPWM调制波，控制所述双向变流器的开关动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过电压外环滑膜控制，解决了系统时变参数的问题，提高了外环电压的鲁棒性。

2.通过电流内环反馈线性化控制，将非线性系统精确线性化，并完全解耦有功和无功电流，提高了内环电流的跟踪精度及动态响应速度，提升了电压外环的快速响应能力。

附图说明

图1为本发明的基于复合控制的微电网双向变流器控制方法的控制结构图。

图2为本发明的电压外环滑膜控制结构图。

图3为本发明的电流内环反馈线性化控制结构图。

图4为本实施例中采用本文提出的复合控制时的双向变流器带阻性负载时的电压与电流波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细叙述本发明的具体实施方案。

参照图1～图4，一种适用于微电网双向变流器的复合控制方法，包括以下步骤：

a.获取所述双向变流器直流侧电压u_dc，直流侧电流i_L，交流侧三相电压e_a、e_b、e_c和三相电流i_a、i_b、i_c；

b.对交流侧三相电压电流值通过dq坐标变化得到d轴电压电流e_d、i_d和q轴电压电流e_q、i_q；

c.根据给定的直流侧电压参考值通过滑膜控制器得到电流内环控制器的内环d轴电流参考值

d.根据d轴电流参考值和给定的q轴电流参考值通过反馈线性化控制器得到空间矢量调制器输入值和

e.通过空间矢量调制器得到SVPWM调制波，控制功率器件开关动作。

进一步，所述步骤c中，所述滑膜控制器的设计方法为：

选取u_dc和i_q作为系统的输出量，得到双向变流器的可控标准型状态空间表达式为：

其中，C为直流侧电容值，R为交流测线路等效阻抗，L为交流侧电感值，S_d、S_q为开关函数，ω为角频率，定义误差变量根据滑膜控制理论选取滑模面其中，k₁，β＝k₃/k₂为滑膜系数；根据以上式子并结合系统在理想滑模面以单位功率因素稳态运行时的规律，得到内环d轴电流控制指令表达式:其中，e_rms为交流侧电压有效值。

再进一步，所述步骤d中，所述反馈线性化控制器的设计方法为：

选择x₁＝i_d，x₂＝i_q作为系统的状态变量，u₁＝u_d^*，u₂＝u_q^*作为系统的输入变量，y₁＝i_d，y₂＝i_q作为系统的输出变量，按照反馈线性化的基本方法对系统的输出变量求导得到式中：其中ω是交流侧电压的角频率，引入反馈控制规律得到新的一阶线性化关系根据有界跟踪原理，新的控制输入v₁、v₂为即为电流内环反馈线性化表达式，其中，k₁₁、k₁₂、k₂₁、k₂₂为系统零极点配置参数。

更进一步，所述步骤d中，由步骤c得到的输入值和经过空间矢量调制得到6路SVPWM调制波，控制所述双向变流器的开关动作。

本实例以20KVA微电网双向变流器测试平台为例分析。本发明包括如下步骤：

步骤1，通过传感器采集双向变流器直流侧电压u_dc，直流侧电流i_L，交流侧三相电压e_a、e_b、e_c和三相电流i_a、i_b、i_c，对交流侧三相电压电流值通过dq坐标变化得到d轴电压电流e_d、i_d和q轴电压电流e_q、i_q。选取u_dc和i_q作为系统的输出量，根据双向变流器的可控标准型状态空间表达式：

定义误差变量根据滑膜控制理论选取滑模面结合系统在理想滑模面以单位功率因素稳态运行时的规律通过内环d轴电流控制指令表达式(图2):得到电流内环的控制指令参考值

步骤2，如图2所示，以步骤1得到的和给定的q轴电流参考值作为输入，根据电流内环反馈线性化表达式计算出v₁、v₂，然后由反馈控制规律公式计算得到空间矢量调制器输入值和

步骤3，以步骤2得到的和经过空间矢量调制得到6路SVPWM调制波，控制所述双向变流器的开关动作，双向变流器运行时的波形如图4所示。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。