[发明专利]单相光伏并网逆变器的模糊自适应滑模控制方法

权利要求书

1.单相光伏并网逆变器的模糊自适应滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、建立计及系统结构参数不确定性和外界干扰项的光伏逆变器数学模型；

步骤2、进行滑模控制器设计；

步骤3、进行模糊自适应滑模控制器设计；

步骤4、滑模控制器和模糊自适应滑模控制器的输出对光伏系统进行控制；

光伏系统采用两级式高频不隔离并网电路，包括光伏阵列、负载、前级的Boost升压电路和后级的逆变电路，其中，单相光伏并网逆变器采用全桥结构，包括开关管S₁、S₂、S₃和S₄，设S₁和S₄的占空比为D，则S₂和S₃的占空比为1-D，步骤1中根据电路定理和状态空间平均法建立光伏逆变器数学模型；

建立光伏逆变器数学模型的具体步骤为：

当S₁和S₄导通时，根据电路定理可知：

Lacdiacdt=vdc-vacCacdvacdt=iac-1RLvac---(1)]]>

式中，C_ac、L_ac为逆变器交流侧电容和电感，v_dc为逆变器直流侧电压，v_ac为逆变器交流侧电压，i_ac为逆变器电感电流，R_L为电网负载；

当S₂和S₃导通时，根据电路定理可知：

Lacdiacdt=-vdc-vacCacdvacdt=ioc-1RLvac---(2)]]>

根据状态空间平均法，则一个周期内逆变器的数学模型可以描述为：

(1)式×D+(2)式×(1-D)，即

Lacdiacdt=(2D-1)vdc-vac(3)Cacdvacdt=iac-1RLvac(4)]]>

对(4)式求导得

把(3)式代入(5)式整理后得

d2vacdt2=-1RLCacdvacdt-1LacCacvac+2D-1LacCacvdc---(6)]]>

令状态变量x＝v_ac，则

d2xdt2=-1RLCacdxdt-1LacCacx+2D-1LacCacvdc---(7)]]>

考虑到实际应用中逆变器会受到参数不确定性、外界因素的干扰，加入干扰项的系统状态方程为：

式中Δ₁、Δ₂为由电容和电感的参数引起的误差项，为外界干扰；

令综合干扰项

则(8)式变为

d2xdt2=-1RLCacx·-1LacCacx+2D-1LacCacvdc+φ(t)---(10)]]>

令则(10)式变成

d2xdt2=f(x)+g(x)×D+φ(t)---(11)]]>

(11)式即为计及系统结构参数不确定性和外界干扰项的逆变器数学模型；

步骤2中进行滑模控制器设计的具体步骤如下：

定义跟踪误差e＝x-v_ac*＝v_ac-v_ac*(12)

定义滑模面为

式中，k₁、k₂为滑模面系数，v_ac*为电网参考电压；

则滑模面一阶导数

定义Lyapunov函数

由(12)式求二阶导数得代入(14)式，

则

根据(10)式可知代入(16)式有：

s·c=k1e·+k2e··-1RLCacv·ac-1LacCacvac+2D-1LacCacvdc+φ(t)-v··ac*---(17)]]>

则控制器设计为如下：

D~′=1g(x)[-f(x)-k1e·-k2e··+v··ac*-μsgn(sc)]=LacCac2vdc[1RLCacx·+1LacCacx+1LacCacvdc-k1e·-k2e··+v··ac*-ηsgn(sc)]=LacCac2vdc[1RLCacv·ac+1LacCacvac+1LacCacvdc-k1e·-k2e··+vac*-ηsgn(sc)]---(18)]]>

式(18)中，sgn(·)为符号函数,为采用滑模控制下的开关管S₁和S₄的占空比，η为不确定参数和干扰的上界，满足η＞|φ(t)|＞0。

2.根据权利要求1所述的单相光伏并网逆变器的模糊自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤3中进行模糊自适应滑模控制器设计的具体步骤如下：

模糊系统均采用乘积推理机、单值模糊器和中心解模糊器的方法来进行设计以逼近f(x)、g(x)、φ(t)，则逆变器的控制律相应设计为：

D=1g^(x)[-f^(x)-k1e·-k2e··+v··ac*-φ^(t)]---(20)]]>

即

令为模糊系统输出，其中ξ(x)、ψ(s_c)为模糊向量，向量θ_f^T、θ_g^T、为根据自适应律设计而变化的参数向量θ_f、θ_g、θ_φ的转置；

设计自适应律为

θ·f=r1scξ(x)θ·g=r2scξ(x)θ·φ=r3scψ(sc)---(22)]]>

其中，r₁、r₂、r₃为自适应系数，为正常数。