02]
[0103] 则系统特征方程为：
[0104] [l+GSME(s)P(s)]X{l-[l-S(s)H(s)]Q(s)e-sT} = 0
[0105] 贝丨Jl+GSME(s)Gp(s) = 0 可转化为：
[0106]
[0107] 由于^和A馮为正数，因此特征根均在复平面虚轴的左侧，由此可知滑模控制 器稳定。重复控制器的稳定条件为I[l-S(S)H(s)]Q(s) | < 1，则系统在等式[l-S(s)H(s)] Q(s) =0成立时，稳定性最佳，且当Q(s) =S(s)H(s) = 1时系统稳态控制精度最高。图5 为"l-S(s)H(s) "的幅频特性，从图中能够看出l-S(s)H(s)在全频段内幅频特性均在OdB 之下，因此可以证明系统在全频段内稳定。
[0108] 最后，可得重复滑模控制方法的控制律，控制律为：
[0109] Ur(s) = [GEC(s)+l]GSME(s)E(s)+GSME(s)Uref(s)
[0110] 式中，uMf为输出电压给定，U^为控制信号。
[0111] 为了验证本发明的有效性，搭建了单相离网逆变器实验平台。在实验平台上，对采 用本发明的单相离网逆变器进行了动态特性、稳态特性、非线性负载实验。采用APS公司开 发的通用型变流器作为逆变器主电路，交流输出侧接LC低通滤波电路，实验负载分别采用 阻值为20Q的阻性负载，由3300yF电容和30Q电阻组成的整流性负载，空载至20Q阻 性的动态负载切换。图6、图7、图8、图9和图10分别为重复滑模控制下逆变器带20Q阻 性负载时的稳态波形及THD分析、带整流性负载时的稳态输出电压电流波形及电压THD分 析和负载突增时的动态波形。由图6和图7可知，重复滑模控制逆变系统输出电压波形正 弦度好，能够跟随给定，阻性负载时THD分别仅为1.0%;由图8和图9可知，在整流性负载 情况下输出电压波形几乎没有畸变，与带阻性负载相差无几，THD仅为1. 0% ;由图10能够 看出负载突增是输出电压瞬时跌落幅度为15%，且在1.5ms内既能重新跟随给定，动态响 应速度快。由上述实验结果可知，重复滑模控制方法在动态响应速度、稳态控制精度和带整 流性负载能力三个方面均可取得理想控制效果。
[0112] 由前述分析可知，本发明中重复与滑模两种控制器分工明确、相辅相成、互补干 扰，互相弥补对方的性能短板，共同合作提高逆变器的整体性能。本发明能够大大提高高性 能离网逆变器的动态响应速度、稳态控制精度、抗周期性扰动能力，能够满足可再生能源系 统和分布式发电快速发展的需要。
【主权项】
1. 一种离网逆变器的重复滑模控制方法，其所述控制方法是基于单相离网逆变器而实 现的重复控制与滑模控制相结合的控制方法，其中： 所述单相离网逆变器的直流母线上设置有稳压电容C，其变换器是由功率开关器件 V 4和与其功率开关器件反相并联的二极管D D 4构成，变换器分为左右两个桥臂，功 率开关器件％、1和V 2、V3分别组成一个桥臂，各桥臂上的功率开关器件控制逻辑互补，同 一桥臂的功率开关器件交替导通关断；不同桥臂功率开关器件的导通关断情况由调制方式 决定；与功率开关器件反相并联的二极管Di~D 4主要用于为负载续流，直流母线电压U d。经 调制后，在逆变桥输出侧产生电压A，仏经LC滤波后得到正弦电压U。； 所述重复控制与滑模控制相结合的控制方法如下： 首先将滑模变结构控制方法等效转化为具有相同控制效果的连续控制方法，而后对滑 模等效控制表达式进行数学变换、拆分组合，构成了有跟踪误差校正环节和参考信号前馈 环节两部分的组合结构，并将改进型重复控制方法嵌入结合在滑模等效控制的跟踪误差校 正环节中，通过分析逆变器幅频特性以及反复调试得到理想的控制参数，获得新的重复滑 模控制方法。2. 根据权利要求1所述的控制方法，其所述重复控制与滑模控制相结合的控制方法的 具体设计步骤如下： (1) 采集离网单相电压型全桥逆变器的电容电流和输出电压U。，建立逆变器平均开 关周期模型； (2) 根据上述步骤（1)中建立的逆变器平均开关周期模型，定义控制变量i。和U。的跟 踪误差^和e u，建立滑模控制的等效控制模型； (3) 将上述步骤（2)中推导的等效控制模型分解为跟踪误差校正环节GSME和参考信号 前馈环节GSMK两部分，并在G SME输入端嵌入改进重复控制器G K。，设计重复滑模控制离网逆变 器； (4) 根据上述步骤（3)设计的重复滑模控制离网逆变器的传递函数，建立重复滑模控制 离网逆变器跟踪误差表达式及稳定条件； (5) 根据上述步骤（4)建立的跟踪误差表达式及稳定条件整定重复滑模控制器相关参 数，构建重复滑模控制方法的控制律。3. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述离网单相电压型全桥逆变器的平均开 关周期模型为，u。，ic，Ud。分别为逆变器输出电压、电容电流和直流侧电压；为调制波；L，C，R为逆变 器交流侧的电感、电容和负载电阻；t表示时间。4. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述控制变量i。和U。的跟踪误差为e和 eu，所建立的滑模面函数S如下：U_f，itof分别为逆变器输出电压和电容电流的跟踪给定值 ；X i和X 2为滑模面系数； 推导得到滑模控制的等效控制表达式如下：5. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述等效控制模型分解为跟踪误差校正环 节GSME和参考信号前馈环节G SMK两部分，并在G SME输入端嵌入改进型重复控制器G K。，设计重 复滑模控制离网逆变器等效控制的表达式如下：6. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述改进重复控制器G K。包括误差叠加系 数Q (s)、重复控制输出补偿器S (s) =k^XPF (s)和周期延迟环节zl 其中：匕为重复控制增益，z k为相位补偿环节，S ^(s)为FIR数字低通滤波器；误差叠 加系数Q(s)用于改进内模结构；重复控制输出补偿器S(s)用于补偿输出电压幅值和相位， 增强系统稳定性；周期延迟环节z_ N用于实现控制误差逐周期补偿。7. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器系统的传递 函数如下：8. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器系统的跟踪 误差表达式如下：9. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器的稳定条件 如下： (1) 滑模控制器的稳定稳定条件为l+GSME(s)P(s) = 0的根均需落在复平面虚轴的左 侧； (2) 重复控制器的稳定条件为| [l-S(S)H(s)]Q(s) | < l，s = j?。10. 根据权利要求1或2所述的控制方法，其所述重复滑模控制离网逆变器的控制律如 下： Ur(s) = [GRC(s)+l]GSME(s)E(s)+GSMR(s)U ref (s) 式中，UMf为输出电压给定，U ^为控制信号。
【专利摘要】一种离网逆变器的重复滑模控制方法是采集离网单相电压型全桥逆变器的电容电流和输出电压，建立逆变器平均开关周期模型；定义控制变量和的跟踪误差，推导滑模控制的等效控制模型；将等效控制模型分解为跟踪误差校正环节和参考信号前馈环，并在输入端嵌入改进重复控制器，设计形成重复滑模控制离网逆变器；根据系统传递函数，推导其误差表达式及稳定条件；根据稳定条件整定控制器相关参数，推导重复滑模控制方法的控制律。本发明将滑模控制方法和改进型重复控制方法相结合，具有稳态控制精度高、动态响应速度快、负载适应性强等优点，为高性能离网逆变器提供了一种有效的控制方法，具有良好的工程应用前景。
【IPC分类】H02M7/48
【公开号】CN104953875
【申请号】CN201510411831
【发明人】宋建成, 郑丽君, 吕世轩, 刘宗伟, 高云广, 许春雨
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月14日