[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相光伏并网逆变器的模糊自适应滑模控制方法。

背景技术

随着化石能源的枯竭和人类对清洁能源的需求，光伏系统并网发电技术近年来得到快速发展，然而光伏发电本身具有不稳定性和间歇性的特点，其并网电能的质量和发电效率受外界环境状态、系统结构参数不确定性和外界干扰等多种因素的影响，因而有效的逆变器控制算法是解决光伏系统并网问题的关键。

现有的小型光伏并网系统通常采用两级式高频不带隔离变压器的拓扑结构：即前级采用Boost电路实现DC-DC(直流-直流)变换，后级采用高频逆变器实现DC-AC(直流-交流)变换。其在Boost电路中通过最大功率点跟踪(MPPT)控制，提高发电能力，但是，在进行逆变器控制时，需要建立光伏系统的精确数学模型，无法计及系统参数的不确定性和外界扰动，控制的稳定性和鲁棒性差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种单相光伏并网逆变器的模糊自适应滑模控制方法，无需建立光伏系统的精确数学模型，采用模糊自适应控制来逼近被控对象，使得系统参数不确定性和外界扰动均被计及；采用滑模控制按照电压偏差设计控制率，使得控制具有鲁棒性，能够满足稳定性和鲁棒性的要求，当系统环境发生突变时，控制算法能可靠工作，使得单相光伏系统输出稳定的正弦交流电压。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

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。

优选，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。

优选，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：

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：

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

对(4)式求导得

把(3)式代入(5)式整理后得

令状态变量x＝v_ac，则

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

令则(10)式变成

(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。

优选，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：