[发明专利]一种单相LC型并网逆变器分数阶控制方法

说明书

本发明公开了一种针对单相LC型并网逆变器的分数阶控制方法，将分数阶PID控制器应用于单相LC逆变器控制策略中，使逆变器有更好的动稳态性能，大大降低了入网电流的THD；通过并网逆变器有效地将新能源的电能转换为可接入电网的交流电；考虑电容和电感的分数阶特性，设计分数阶双闭环控制策略；通过本发明，实现对逆变器的有效控制，有助于提升系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及逆变器控制技术领域，尤其涉及一种单相LC型并网逆变器分数阶控制方法。

背景技术

并网逆变器是新能源并入电网的重要电力设备，他能有效将新能源的电能转换为可接入电网的交流电。目前对于逆变器拓扑结构数学模型的建立大多都是基于整数阶微积分原理，即默认的逆变器电路存在的电感和电容均为整数阶特性，常用的建模方法有：状态空间平均法、离散时域法。有研究表明，电容和电感本质上是分数阶的，整数阶的电容和电感在实际工程中并不存在。

国外学者Westerlund通过实验确定，在不同的电解质环境下，电容的电路特性为分数阶，Jesus分别制造出阶数为0.59和0.42阶的电容，Machado通过趋肤效应可以制造出任意阶次的电感。通过大量实验表明，电感、电容电学特性均不符合整数阶特性，实际为分数阶特性。因此，想实现对逆变器电路拓扑结构的精确建模，以分数阶微积分建立电感、电容数学模型能更加准确反映其电学特性，随着分数阶微积分研究的逐渐深入，在逆变器领域，分数阶PID控制器也得到了广泛应用。将分数阶PID应用于逆变器的控制策略中也具有非常重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明为了解决上述提到的问题，提供了一种单相LC型并网逆变器分数阶控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单相LC型并网逆变器分数阶控制方法，包括：

构建单相LC型并网逆变器，获取直流侧电压参考值，与直流侧电压实际值求差后，经过电压外环改进的比例—谐振(QPR)控制器，得到二次侧滤波电感电流幅值；

取电网电压信号，经过锁相环回路得到标准单位正弦信号；

将滤波电感电流幅值信号与单位正弦信号相乘，得到电感电流标准参考值，与电感电流实际值做差，经过电流内环分数阶PID控制器，得到调制信号；

将调制信号输入到单相LC型并网逆变器的SPWM模块，得到驱动信号，以控制单相LC型并网逆变器开关器件的关断与导通，实现对逆变器拓扑结构数学模型的分数阶控制。

其中，电压外环采用比例—谐振(QPR)控制器的传递函数G_QPR(s)，补偿后的分数阶电流内环闭环传递函数G_ic(s)、电感电流至输出电压的传递函数G_vi(s)表达式如下：

其中，k_pp为比例控制参数；2k₁ω_cs/(s²+2ω_cs+ω_o²)为谐振项，用于实现对比例—谐振(QPR)控制器50Hz基频信号的无误差跟踪；ω₀为电网角频率，R为负载侧电阻；k₁为比例谐振系数；ω_c为截止频率，用于调节带宽；β为分数阶的微分阶次。

其中，所述准比例谐振控制器的比例控制增益k_pp取10，比例谐振系数k₁取5，截止频率ω_c取20rad/s，电网角频率ω₀取314rad/s，β取0.6。

其中，电流内环分数阶PID控制器的传递函数如下：