[发明专利]基于自适应滑模控制策略的高渗透光伏电站并网特性研究方法

权利要求书

1.一种基于自适应滑模控制策略的高渗透光伏电站并网特性研究方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)设计高渗透率光伏电站并网逆变器侧电流控制状态方程：

①建立系统的功率回路方程以及逆变器侧电流控制的传递函数，过程如下：

带LCL滤波器的并网逆变器的功率回路方程如下：

其中，u_g是电网电压；u_i是逆变器侧输出电压；u_c是滤波器中电容电压；i₁是流经逆变器侧电感L₁的电流；i₂是流经网侧电感L₂的电流；

采用逆变器侧电流i₁间接控制并网电流X₃＝u_c的方法，则得到逆变器侧电流i₁与逆变器输出电压u_i的传递函数关系如下：

②去掉滤波器中的电容电感的寄生电阻，并网逆变器的各变量关系如下：

令X₁＝i₁,X₂＝i₂,X₃＝u_c得：

化简得到：

(2)设计局部滑动模态滑模控制：u_r为经过下垂控制得到的参考电压；e为滤波输出电压u₀与参考输出电压u_r差值；

①将系统方程(Ⅲ)简化为一个典型的非线性系统，采用下式来表达：

根据高渗透率光伏电站并网逆变器侧电流控制方程，设其状态空间中存在的切换面为：

S(x)＝S(x₁,…x_n,t)＝0 (2)

根据下式，

控制量u＝u(x)在切换面s(x)＝0上面进行切换；

假设系统是一个非线性单输入系统，状态空间被切换面分为上下两部分，分别是S(x)＞0和S(x)＜0；

采集切换面上存在的三个运动点A、B、C，A、B、C代表了三种情况：

a.A点为常点：系统运动点临近到切换面S＝0时，穿过此点继续运动；

b.B点为起点：系统运动点临近到切换面S＝0时，从切换面的两侧离开该点；

c.C点为止点：系统运动点运临近到切换面S＝0时，从切换面的两侧不断逼近该点，最终保持不变；

由于滑动模态区中的所有点都是止点，则当运动点不断靠近切换面时，滑动模态的存在前提如下：

当运动点离得切换面较近，且到达切换面的时间有限时，则滑动模态的局部到达条件为：

其中，切换函数S(x)能平滑经过原点，即S(0)＝0；

当运动点处于任意位置，且可以远离切换面时，则滑动模态的全局到达条件为：

考虑式(5)和(6)，可以用下式表达到达条件：

其中，δ＞0，δ可取任意小；

采用下式李雅普诺夫型的到达条件来代替上述到达条件：

其中，V(x)为定义的李雅普诺夫函数，若V(x)正定，负定，则系统最终稳定于切换面；

②建立滑模控制系统；通过设计切换函数S(x)和滑动模态控制律u^±(x)来建立滑模控制系统，设计过程如下：

a.切换函数S(x)的设计：

为了保证滑模具有良好的性能质量和渐进稳定性，S(x)采用如下形式：

其中，e为跟踪误差，多项式P(p)＝c₁+c₂p+…+c_n-1p^(n-2)+p^(n-1)为Hurwitz稳定，c_i为正常数，i＝1,…n-1，其值取决于跟踪误差衰减速度；

b.滑动模态控制律u^±(x)的设计：

为了满足到达条件，控制律一般表达为等效控制u_eq加切换控制u_sw，如下式：

u＝u_eq+u_sw (10)

其中，等效控制项u_eq为无外加干扰时的趋近模态运动；切换控制项u_sw为存在外加干扰和不确定性时的滑动模态运动；

(3)设计滤波参数自适应律：

设计三阶滑模面，如下：

对其求导，得下式：

设计如下控制律：

其中，u_in-sw、u_in-tr分别为控制输入的开关项和跟踪项；ρ(t)为开关增益，需要满足滑模面的存在条件ρ(t)＞|d(t)|；分别为h₁(t)、h₂(t)的观测值：

γ₁、γ₂分别为h₁、h₂的自适应系数，为正常数；

为了验证由式(13)、(14)组成的滑模系统的稳定性，引入了李雅普诺夫函数：

式中，分别为h₁(t)，h₂(t)的跟踪误差；

对式(15)求导，得下式：

把式(12)、(14)代入式(16)，可得：

由式(15)、(17)得，V₁正定，半正定，V₁＞0及不能总满足因此，滑模系统在处渐进稳定；

(4)设计开关增益自适应律：

引入自适应开关增益来实时预测与i₀相关的外部扰动边界值，开关增益的自适应算法表达如下式：

其中，是ρ(t)的观测值，γ₃是开关增益的自适应系数，为正常数；

用代替式(13)中的ρ(t)，控制输入的开关项表示如下：

(5)稳定性分析：

由式(11)所得；分别为h₁、h₂、ρ的观测值，由式(14)、(18)所得；u_in-tr为控制输入电压的跟踪项；由式(13)所得；u_in-sw为控制输入电压的开关项：

为了验证式(11)所示滑模面的全局渐进稳定性，引入了如下的李雅普诺夫函数：

其中，为ρ的观测误差；

对V₂求导，并且把式(16)、(17)和(18)考虑在内，得下式：

由于V₂(t)非递增，因此S_u、和是有界的；

定义如下函数：

对式(22)积分，得：

由于是有界函数，是非递增有界函数，得结果如下：

M₁∈[0,∞)是均匀连续的，由Barbalet引理，可以推出：lim_t→∞M₁(t)＝0；结果表明：当t→∞时，S_u→0；由此得出，提出的控制系统保证了全局渐进稳定性；

(6)设计迭代学习与自适应滑模结合的控制系统：

设计为：内环为自适应滑模控制，外环为迭代学习控制，控制规律如下：

其中u_k(t)为控制量，e_k+1(t)为误差，t为采样时间，k为迭代次数，P₀(t)、I₀(t)、D₀(t)分别为比例、积分、微分系数；

最后将u_k+1(t)和步骤(3)当中的u_in(t)同时输入调节机构，对于整个装置进行调节控制。