基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电网优化方法，更具体的说是涉及一种基于负载电流状态观测器 的三相逆变器双环优化控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源危机与环境问题的凸显，促使以新能源和可再生能源为主要发电形 式的微电网系统得到了广泛关注。研究微电网的电能质量优化控制技术，有助于提高微电 网系统运行的经济性和可靠性，有助于提高系统的运行效率，有利于减少二氧化碳的排放 量，也有利于提供高质量的电能服务。
[0003] 在微电网并网逆变器电能质量优化控制中，多以提高并网输出信号对负载端的动 态响应性为目标，此外也需要通过控制策略的优化，有效的抑制谐波的干扰。能够应用于微 电网对负荷波动的平抑，消除高次谐波污染，从而增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏 并网电流的电能质量。
[0004] 现有的优化控制方法中主要采用传感器来实现观测，而传感器需要在精确无信 号、噪声干扰的环境下，而在实际工程中无法保证，因而现有的控制方法使用范围小、成本 尚。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种使用范围广，成本低廉，能 够有效平抑负荷波动，消除高次谐波污染，从而增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏并 网电流的电能质量的基于状态观测器的微电网逆变器双环优化控制方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:一种基于负载电流状态观测器的 三相逆变器双环优化控制方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一，先给定三相逆变器参数，构建三相逆变器的数学模型，并根据该数学模型 判断给定的三相逆变器参数的合理性；
[0008] 步骤二，采样反馈信号和进行坐标变换，其中采样反馈信号是采用状态观测器实 时观测出负载电流以及采样系统运行反馈信号，坐标变换是将步骤一中数学模型的静止的 abc坐标系变换为静止的αβ坐标系；
[0009] 步骤三，将状态观测器采样到的负载电流和系统运行反馈信号输入到电压电流双 环控制系统内，生成逆变器控制指令控制逆变器工作，逆变器工作后输出负载电流和系统 运行反馈信号，并返回步骤二。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述步骤三中的电压电流双环控制系统内的控制回 路，以平抑高次谐波为目标，其内采用多种PR控制器，用以调节输出信号高次谐波含量。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述步骤一中构建的三相逆变器的数学模型如下：
[0014] 式中，iabc为滤波电感电流，Uabc为电容两端电压，i labc为负载电流，Vabc为逆变器的 输出电压，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小线兀素。
[0015] 作为本发明的进一步改进，所述步骤二中的坐标系变换是通过Clark变换公式变 换到αβ坐标系下的，变换后的模型如下：
[0018] 式中：?αβ= [id ?β]Τ;11αβ= [Ua 11β]Τ; ??αβ= [ila iie] ;ναβ= [Va νβ]Τ; ia和ip为坐标变 换后的滤波电感电流，Ua和Ufi为坐标变换后的并联电容端电压，Va和Vfi为坐标变换后的逆变 器出口电压，T为转置矩阵，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小线元素。
[0019] 作为本发明的进一步改进，所述步骤二中的采用状态观测器观测出负载电流的观 测方程如下：
[0021] 式中:Uc是并联电容两端电压;Io和Iid分别是电感电流和负载电流;C为电容;Ih2 为状态增益矢量。
[0022]作为本发明的进一步改进，所述步骤三中的PR控制的传递函数如下：
[0024]式中:KdPKr是PR控制器的参数，KP为比例常数，Kr为积分常数，ω为基波角频率，s 为微分，Gpr(S)为传递函数。
[0025]作为本发明的进一步改进，应用本方法的优化控制系统包括逆变器、PWM调制器、 电流内环、电压外环、耦接于逆变器输出端的相互串联的电感、电容和负载电流观测器，所 述电流内环和电压外环均耦接于逆变器输出端和PWM调制器之间，控制PWM调制器的输出， 所述负载电流观测器观测到负载电流后将负载电流作为前馈输入到电流内环和电压外环 内。
[0026]本发明的有益效果，通过步骤一的设置，就可以有效的构建出三相逆变器的数学 模型，而通过步骤二的设置，就可以有效的采集到相应的反馈信号和负载电流，并且有效的 将静止的abc坐标系变换为静止的αβ坐标系，如此相比于现有技术中将静止的abc坐标系变 换为旋转的dqO坐标系，不需要进行解耦计算，降低了计算成本，而通过步骤三的设置，就可 以有效的实现运用状态观测器观测到的负载电流作为前馈加载在电压电流双环控制系统 内，提高系统对负载波动的动态响应性能，有效的增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏 并网电流的电能质量。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法的流程 图；
[0028]图2为本发明的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法的控制 示意图；
[0029] 图3为本发明的基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优化控制方法的负载 电流观测器的流程示意图；
[0030] 图4为状态观测器的观测效果图；
[0031 ]图5为加载负载电流前馈前后的仿真结果对比图；
[0032]图6为观测方程在连续域的模型图。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
[0034] 参照图1至6所示，本实施例的一种基于负载电流状态观测器的三相逆变器双环优 化控制方法，包括如下步骤：
[0035]步骤一，先给定三相逆变器参数，构建三相逆变器的数学模型，并根据该数学模型 判断给定的三相逆变器参数的合理性；
[0036] 步骤二，采样反馈信号和进行坐标变换，其中采样反馈信号是采用状态观测器实 时观测出负载电流以及采样系统运行反馈信号，坐标变换是将步骤一中数学模型的静止的 abc坐标系变换为静止的αβ坐标系；
[0037] 步骤三，将状态观测器采样到的负载电流和系统运行反馈信号输入到电压电流双 环控制系统内，生成逆变器控制指令控制逆变器工作，逆变器工作后输出负载电流和系统 运行反馈信号，并返回步骤二，在控制方法运行的过程中，首先进行步骤一，结合实际确定 三相逆变器结构，构建出三相逆变器的数学模型，然后分析该数学模型，然后再进入到步骤 二，通过步骤二就可以有效的采样到控制反馈信号和利用状态观测器观测到负载电流，并 且将静止的abc坐标系变换为静止的αβ坐标系，如此便可以有效的实现无需解耦计算，降低 了计算成本的效果，而通过步骤三，就可以有效的实现运用状态观测器观测到的负载电流 作为前馈加载在电压电流双环控制系统内，提高系统对负载波动的动态响应性能，有效的 增强微电网的稳定运行，改善分布式光伏并网电流的电能质量，使得本方法能够很好的实 现使用范围广，成本低廉，能够有效平抑负荷波动，消除高次谐波污染，从而增强微电网的 稳定运行，改善分布式光伏并网电流的电能质量的效果，其中步骤一中对于三相逆变器参 数的给定，是根据电网中光伏逆变器的参数，以及其他部件的参数来实现给定的，而判断给 定的三相逆变器参数是否合理，则是通过分析数学模型的波特图，以及电网电路结构原理 来实现判断给定的三相逆变器的参数是否合理的。
[0038] 作为改进的一种【具体实施方式】，所述步骤三中的电压电流双环控制系统内的控制 回路，以平抑高次谐波为目标，其内采用多种PR控制器，用以调节输出信号高次谐波含量， 通过采用多种PR控制器，PR控制器是比例谐振控制器，可以有效的调节谐波，用在这里就可 以有效降低总谐波畸变率，有效改善了分布式光伏逆变器的并网电能质量。
[0039]作为改进的一种【具体实施方式】，所述步骤一中构建的三相逆变器的数学模型如 下：
[0042] 式中，iabc为滤波电感电流，Uabc为电容两端电压，ilabc为负载电流，V abc为逆变器的 输出电压，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小线元素，通过上述三相逆变器的数学模型， 就可以有效的对其进行分析。
[0043]作为改进的一种【具体实施方式】，所述步骤二中的坐标系变换是通过Clark变换公 式变换到αβ坐标系下的，变换后的模型如下：
[0046] ?ζφ ： ?αβ= [ ia i^]T；Ua^= [Ua 11β ] 丁 ； i Ιαβ = [ i Ia ??β]Τ； Va^= [να νβ]Τ; ia和ip为坐标 变换后的滤波电感电流，Ua和Ufi为坐标变换后的并联电容端电压，Va和Vfi为坐标变换后的逆 变器出口电压，T为转置矩阵，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小线元素，在变换的过程 中，将静止abc坐标系下的逆变器数学模型通过Clark变换公式转换到αβ坐标系下的等效模 型：
[0048]转换后的电压电流数学模型如下所示：
[Va Vf!]T;ia和if!为坐标变换后的滤波电感电流，Ua和Ufi为坐标变换后的并联电容端电压，ν α 和Vfi为坐标变换后的逆变器出口电压，T为转置矩阵，L为电感，C为电容，t为时刻，d为微小 线元素，如此便有效的获得了转换后的数学模型，并且考虑到αβ坐标是相互独立的，在分析 和设计控制时可在α轴独立的处理，因此由以上方程可知，三相电压源性逆变器的数学模型 可以变换为状态空间模型，如下：
[0052] 相对应的控制模型表示如下：
[0054]从以上数学模型可知，α轴与β轴的状态变量之间无耦合关系。因此，三相平衡PWM 逆变器的数学模型经abc坐标系到αβ坐标系的转换后可以等效为两个单相PffM逆变器。这也 表明单相逆变器的控制策略可以应用到基于邱坐标系的三相逆变器的控制中，简化了控制 器的设计。
[0055]作为改进的一种【具体实施方