[发明专利]并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法

说明书

本发明提供一种并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法，包括：根据逆变器并联系统结构建立包含外部干扰和内部参数不确定性的单桥臂闭环控制模型；确定各个输入输出信号，将模型转化为标准H_∞控制问题，然后转化为具有块对角结构不确定性的控制系统；设计各个输入输出信号的权函数；采用μ综合方法进行鲁棒控制器设计。采用本发明的方法设计的控制器，可以抑制各种不确定性的影响，使逆变器并网并联系统的稳定性和性能得到提高，实现对并网电流的准确控制和环流的抑制。

技术领域

本发明属于可再生能源发电领域，具体涉及一种并网逆变器并联系统的控制方法。

背景技术

由于全球化石能源等不可再生能源的日益枯竭以及环境污染日趋加剧，有效利用清洁、可再生的能源成为世界各国能源战略的重要选择。利用可再生能源发电的分布式发电技术得到了越来越多的重视和应用。分布式发电系统通常通过并网逆变器和电网连接，并按要求向电网输送有功和无功功率。作为接口设备，并网逆变器的作用是准确控制注入电网的电流成正弦波形，从而实现既定的有功功率和无功功率的输送。因此，并网逆变器的控制方法就成为分布式发电领域的研究热点之一。当在并网模式下运行时，控制方法主要可分为间接电流控制和直接电流控制两大类。由于电压谐波和参数变化等不确定因素的影响，间接电流控制方法的电流波形控制难度很大，容易产生畸变。所以，目前并网逆变器一般采用直接电流控制，其动态响应快、鲁棒性较强。但由于逆变器的非线性特性和参数不确定性等影响，采用直接电流控制也会出现并联环流、波形畸变等问题。因此，国内外研究者着力于采取多种改进型直接电流控制方法以提高系统的控制性能。随着分布式发电系统功率等级的提高，接口逆变器的并联运行成为必然的选择。当共直流母线的多台逆变器并联运行时，单元之间互相影响，使并联系统成为一个耦合系统，多种环流成分共同存在，严重影响系统的正常运行，其中零序环流最为突出。目前采用的控制方法都存在控制策略实现复杂、控制精度不高等需要改进的地方。

发明内容

本发明针对以上问题，提出一种并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法

本发明采用基于H_∞控制的结构奇异值μ综合方法设计控制器，抑制各种不确定性的影响，使逆变器并网并联系统的稳定性和性能得到提高，实现对并网电流的准确控制和环流的抑制。技术方案如下：

一种并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法，包括下列步骤：

1)根据逆变器并联系统结构建立包含外部干扰和内部参数不确定性的单桥臂闭环控制模型，具体模型如下：

式中，i^*为电流参考值，i₁为电流实际输出值，K(s)为控制器，U_dc为直流电压，U_e为逆变桥非线性特性所产生的谐波、延时和电压波形畸变的等效电压干扰信号，u_s1为交流母线对直流电源中点的电压变量，P(s)为以电感端电压为输入信号、电感电流为输出信号的电感环节标称模型，W(s)表示电感参数不确定性的上界，Δ₁(s)是规范化模型不确定性，||Δ₁(s)||＜1，其中，i^*为输入信号，i₁为输出信号，U_e和u_s1为干扰信号，统称输入输出信号；

2)根据电流快速跟踪、系统稳定域最大和环流最小的性能指标要求确定各个输入输出信号，将第1步所建立的模型转化为标准H_∞控制问题，然后转化为具有块对角结构不确定性的控制系统，所得到的具有块对角结构不确定性的控制系统的系统矩阵M(s)包含权函数W(s)和鲁棒控制器K(s)；

3)根据所述的各个输入输出信号的频率特性，设计各个输入输出信号的权函数，权函数均选择一阶传递函数，均有3个可调参数，设W_i(s)为第i个输入输出信号的权函数，其形式如下：