[发明专利]基于二阶滑模和扰动观测器的三相PWM逆变器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相电力电子逆变器控制技术，特别涉及一种基于二阶滑模控制和扰动观测器的三相PWM逆变器控制方法。

背景技术

随着环境问题的日益凸显与化石能源的逐渐枯竭，新能源发电受到越来越多的关注。逆变器作为其中的主要接口装置，带来的最主要的电能质量问题是谐波污染。低性能逆变器会威胁负载设备安全和影响用户侧电能的使用。通过先进控制算法控制逆变器降低谐波污染问题，对改善电能质量和维护电网稳定起着重要作用。

为此，人们提出了多种控制方法：PID控制、线性反馈控制、重复控制、谐振控制等。文献(彭力,张宇,康勇,等.高性能逆变器模拟控制器设计方法[J].中国电机工程学报,2006,26(6):89-94.)提出一种基于极点配置的PID参数设计方法，适用于输出电压单闭环控制。传统PID控制具有动态响应快、标称线性负载下输出电压总谐波畸变率(THD)较低等优点，但是对正弦形式的信号难以实现静态无差调节。基于零极点配置的线性反馈控制如无差拍控制、状态反馈控制等方法能显著改善系统的动态性能和鲁棒性，但是对精确数学模型的依赖性高，在非线性负载、系统参数变化等情况下不能实现静态无差调节，甚至会使系统性能恶化。基于内模原理的重复控制对周期性信号可以实现静态无差跟踪控制或者扰动消除，近年来获得广泛关注。文献(刘飞,邹云屏,李辉.基于重复控制的电压源型逆变器输出电流波形控制方法[J].中国电机工程学报,2006,25(19):58-63.)将重复控制和状态反馈共同用到逆变器控制中，不仅保证了系统的稳定性，而且提高了控制精度。但受信号内模中延迟环节的限制，动态响应较慢。谐振控制对正弦信号的无差控制误差收敛速度和系统响应速度较快，但一个谐振环节只针对单一频率的正弦信号，所以当对多个频率的正弦信号进行稳态无差控制时，结构就会变得复杂。文献(Yang Y,Zhou K,Cheng M,et al.Phase compensation multiresonant control of CVCF PWM converters[J].Power Electronics,IEEE Transactions on,2013,28(8):3923-3930.)提出多谐振控制和重复控制结合对逆变器进行相位补偿的方法，提高了跟踪精度和误差收敛速度。

扰动观测器(DO)具有良好的处理系统外界干扰和内部不确定的能力，已经成为近年来先进控制方法研究的热点。它的优点在于：可将系统的外部干扰和内部不确定性及建模误差等统一看成系统的复合干扰，通过设计扰动观测器对其进行估计，进而设计基于估计值的复合控制器来对扰动进行补偿使系统获得期望的性能。文献(李春鹏,贲洪奇,孙绍华,等.采用扰动观测器的并网逆变器死区补偿方法[J].电机与控制学报,2013,17(3):28-33.)将扰动观测器引入并网逆变器控制，不仅提高了死区补偿效果，而且提高了系统的稳定性和抗扰性能。

另外，滑模变结构控制通过控制量的切换使系统状态沿着预定“滑动模态”的轨迹运动，而滑动模态的设计与对象参数及扰动无关，这就使得系统在受到参数摄动和外干扰的时候具有不变性，具有算法简单、鲁棒性好和可靠性高等优点，同样受到国内外学者的广泛关注。文献(Schirone L,Celani F,Macellari M.Discrete-time control for DC–AC converters based on sliding mode design[J].IET Power Electronics,2012,5(6):833-840.)利用改进的滑模控制方法提高了逆变器的鲁棒性，降低了总谐波畸变率。

然而，滑模变结构控制在本质上的不连续开关特性会引起系统的抖振问题。传统滑模控制往往需要很大的切换增益来消除外加干扰及不确定项，因此，外界干扰及不确定项是滑模控制中抖振的主要来源，特别是当面对不匹配扰动时传统的滑模显得无能为力。

发明内容

本发明针对以上问题，提出一种基于扰动观测器估计负荷扰动并加以补偿来消除滑模控制抖振问题的三相PWM逆变器控制方法，通过本发明可以提高逆变器输出电能质量，提高系统的动态性能和鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于二阶滑模控制和扰动观测器的三相PWM逆变器系统交流电压谐波抑制方法，其特征是包括如下步骤：

步骤一：用3/2坐标变换将三相PWM逆变器系统解耦为两个单相的二阶子系统；